В числе других русскиз лётчиков-истребителей принимал участие в войне Советского Союза с Японией, после этого продолжил службу в армии и оставался здесь до 1956 года.
В 1956 году в возрасте 31 года поступил учиться в Военно-воздушную академию, которую Павел Иванович окончил в 1959 году. А уже на следующий год Беляев был внесён с вписок одного из отрядов космонавтов. 18 – 19 марта Павел Иванович Беляев осуществил свой первый полёт в космос в качестве командующим корабля «Восход-2». Именно во время этого полёта второй пилот Леонов Алексей Архипович впервые в мире вышел в открытый космос. Всего же этот полёт длился сутки, два часа две минуты и 17 секунд.
Во время приземления у «Восхода-2» отказала система ориентирования. И вместо того, чтобы сесть в запланированном месте, корабль оказался в глухой тайге в 70 км от Соликамска. Почти 2 дна в сильные морозы космонавты ждали помощи.
Несмотря на то, что Павел Иванович продолжал проходить обучение к полётам на кораблях «Союз» в космосе он больше так и не оказался.
В первых числах января 1970 года Павла Ивановича Беляева не стало. Он умер в возрасте 44 лет от перитонита. Похоронен космонавт №10 на Новодевичьем кладбище в Москве.
Павел Иванович имел звание Героя Советского Союза. Также был награждён многочисленными медалями и орденами. Был Героем Социалистического труда Республики Болгария, Героем труда Вьетнама, Герой Монгольской Народной Республики. Также получил золотую медаль имени К. Э. Циолковского.
Каждый год в городе Череповец проходит хоккейный турнир, который носит имя Павла Ивановича Беляева. Идея проведения этого турнира возникла в тот самый момент, когда в городе был введён в эксплуатацию спортивно-концертный комплекс «Алмаз». Произошло это событие в 1971 году. Всего за всю историю турнира Беляева на этом люду была представлена 51 команда. Некоторое время этот турнир носил даже звание международного. Здесь в разные годы играли хоккейные команды из Болгарии, Финляндии, Латвии, Украины, Белоруссии. В 2007 года хоккейный турнир Павла Ивановича Беляева стал проводиться в Ледовом дворце спорта.
Именем этот человека были названы кратер на спутнике Земли, небольшая планета под номером 2030 и научно-исследовательское судно. Во многих больших и маленьких городах нашей страны есть улицы, переулки и аллеи названные в честь космонавта № 10. Такие улицы есть в Каменске-Уральском, Перми, Вологде, Ростове-на-Дону, Владивостоке. В Волгограде же установлен памятник Павлу Ивановичу Беляеву. Ещё один памятник космонавту был поставлен в столице нашей родины на Аллее космонавтов.
