В мае 1913 г. Нестеров завершает курс обучения в Авиационном отделе Воздухоплавательной школы и удостаивается звания военного лётчика. 31 мая Пётр Николаевич получает назначение в Киев. Сначала его прикомандировывают к 7-й воздухоплавательной роте, а затем к 2-му авиационному отряду (с 23 июня 1913 г. — 11-й авиационный отряд, с 08.08.1913 г. — 11-й корпусной авиационный отряд). С 29 июня 1913 г. по 20 ноября 1913 г. он исполняет должность начальника отряда.

31 августа 1913 г. Нестерова производят в чин штабс-капитана, а 21 февраля 1914 г. назначают начальником 11-го корпусного авиационного отряда.

«Вначале он ничем не отличался от других гатчинцев, — напишет десятилетия спустя Виктор Георгиевич Соколов, сослуживец и друг Нестерова, — усердно собиравших свои "Ньюпоры-IV", тогда как мы, севастопольцы, были уже в воздухе, но первый же его взлёт привлёк наше внимание и вызвал оживлённые споры. В то время как мы согласно указаниям наших школьных инструкторов делали повороты, как мы говорили, блинчиком, то есть с большим радиусом и не давая крена, Нестеров, взлетев, смело загнул большой вираж, сильно нас испугавший. А затем его крены в последующих полётах уже вызывали всеобщий восторг.

Вскоре в нашем офицерском собрании на Печёрске (рядом с Киево-Печёрской лаврой, где стояла 3-я авиарота) и в комнате дежурного офицера на Святошинском аэродроме начались нескончаемые горячие споры, в которых затрагивались вопросы теории и практики полёта.

Нестеров, сделав из бумаги модель самолёта, доказывал нам, что в авиашколах нас обучали неправильно и что для резкого, крутого поворота надо делать большой крен. Если же крен перейдёт 45 градусов, то рули поворота и высоты меняют своё назначение. Многим из нас эти высказывания первое время казались непозволительной ересью.

— Военный лётчик должен владеть своим аэропланом в совершенстве, — горячо говорил Пётр Николаевич. — Ему во время войны, может быть, придётся вести воздушный бой, а для этого он должен уметь выходить из любого положения.

В воздухе везде опора!

Вскоре мы узнали от гатчинцев, что ещё в авиашколе Нестеров говорил об этом и даже утверждал, что на аэроплане можно сделать "мёртвую петлю". В школе его подняли на смех. Нужно сказать, что первое время мы также не верили тому, что говорил Нестеров о "мёртвой петле", и многие открыто насмехались над ним. Но когда нам стало известно, что профессор Николай Егорович Жуковский, учёный с мировым именем, "отец русской авиации", как впоследствии назвал его Ленин, также считает выполнение "мёртвой петли" вполне возможным делом, голоса оппонентов Нестерова смолкли».

Сознательно нарушая каноны пилотирования, Нестеров постоянно экспериментировал. Очень скоро его самолёт узнавали в воздухе «по почерку».

Когда его направили в Варшаву для обучения на самолёте «ньюпор», который тогда был принят на вооружение русской армии, то во время одного из полётов он набрал высоту 1600 метров и, выключив мотор, кругами, восьмёрками спланировал над городом. Гораздо позже подобные тренировки спасли ему жизнь.

Во время очередного полёта в карбюраторе загорелся бензин и мотор остановился. Нестерову удалось спланировать с выключенным мотором…

Из биографии:

«В 1913 году Пётр Нестеров разработал исследовательскую конструкцию семицилиндрового двигателя мощностью 120 л. с. с воздушным охлаждением. Позже авиатор занимался строительством одноместного скоростного самолёта, закончить который помешала война.

Владея глубокими знаниями в области математики и механики, имея достаточный пилотажный опыт, П.М. Нестеров теоретически обосновал возможность выполнения глубоких виражей и осуществил их на практике.