В 1940 году переезжает в Саранск[2]. В период с 1940 по 1941 год и с 1945 по 1946 старший научный сотрудник сектора истории Мордовского НИИ. С 1941 по 1942 годы являлся начальником планово-финансового отдела Управления кинофикации при Совете Народных Комиссаров Мордовской АССР[1].
С 1942 по 1945 год был командиром отделения и замполитроты в запасных частях Красной Армии[1]. В 1946 году получил степень кандидата исторических наук за монографию «История мордовского народа с древнейших времён до XVI века»[2]. В этом же году, возвратившись в Саратов, стал преподавать на кафедре истории СССР Саратовского государственного педагогического института и Саратовского университета. С 1949 года, после получения звания доцента, становится заведующим кафедрой, сохраняя за собой этот статус до 1952 года[1]. В 1959 году вышел на пенсию[2].
С 1965 года работал в Мордовском НИИ ЯЛИЭ (с 1968 года заведующий сектором археологии и этнографии), на кафедре истории СССР Мордовского государственного университета (1970–1974). В 1968 году за монографию «Ош Пандо» (1967) ему была присвоена учёная степень доктора исторических наук[1], а 1 марта 1971 года ректор Мордовского государственного университета Александр Сухарев присвоил ему звание профессора[2].
Умер 27 января 1974 года в больнице. Под больничной подушкой после смерти нашли черновик его новой работы[2].
В 1950, 1952, 1954, 1956 гг. археологическая экспедиция под его руководством провела разведочное исследования в западных и северо-западных частях Чувашии. Им было открыто в республике около 20 поселений с балановская (фатьяновской) керамикой, после чего существование балановских (фатьяновских) поселений стало признанным фактом. Материалы исследованного им в 1950 году поселения в нижних слоях Изванкинского городища «Хула çучĕ» в Аликовском районе дали название завершающему хуласючскому этапу балановской культуры. В 1962 году им также была подготовлена и издана подробная археологическая карта западной части Среднего Поволжья, включая и территорию Чувашии. Является автором более 60 научных работ[1].
Арсентьев, Николай Михайлович. Павел Дмитриевич Степанов, 1898-1974 / Н. М. Арсентьев, В. И. Вихляев, К. И. Шапкарин. — Саранск: Тип. "Крас. Окт.", 1997. — 110 с. — ISBN 5-7493-0116-8.
Исследования П.Д. Степанова и этнокультурные процессы древности и современности: материалы международной научной конференции, посвященной 100-летию П.Д. Степанова / Н. М. Арсентьев. — Тип. "Крас. Окт.", 1998. — 274 с.