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. В своей работе о «взаимодействии руля глубины и направления при значительных углах крена» он впервые доказал, что во время выполнения виражей с креном больше 45 градусов происходит изменение в работе руля: руль высоты выполняет функции руля направления, а руль направления — руля высоты. После назначения командиром отряда Нестеров ввёл в обучение полёты с глубокими виражами и посадку с отключённым двигателем на заранее намеченную площадку.
Он также разрабатывал вопросы взаимодействия авиации с наземными войсками и ведения воздушного боя, освоил ночные полёты».
День 27 августа (9 сентября) 1913 г. выдался тёплым. Как обычно к особняку на Московской улице подъехал открытый автомобиль чёрного цвета. Временно исполняющий должность начальника отряда спешно выходил из подъезда дома и решительно садился на кожаное сиденье авто. И автомобиль мчался на другой конец Киева, где располагался Святошинский аэродром.
Ближе к вечеру, никого не предупредив о своём опыте, Нестеров сел в свой «ньюпор» и, опробовав мотор, пошёл на взлёт. Аэроплан взмыл в небо. А дальше начинается осуществление детально разработанного плана: набор расчётной высоты 800—1000 метров, выключение мотора, планирование до высоты 600 метров. Затем мотор включён, и «ньюпор» устремляется вертикально вверх. Потом на спину. И описав петлю, уходит в пике. Мотор снова выключен. Аэроплан выпрямляется и плавной, красивой спиралью благополучно касается земли…
Сам Пётр Николаевич вспоминал об этом так: «Получив недавно аппарат "ньюпор", сборки завода "Дукс", и сделав на нём не более 10 часов, я решился наконец выполнить свою мечту.
О своём опыте я никого не предупредил, хотя все знали, что я вообще собираюсь его сделать.
27 августа вечером, привязавшись предварительно ремнём (тропом) к сиденью, я поднялся на высоту 1000 метров, с которой решил планировать. Когда я последний раз посмотрел на анероид (прибор для определения высоты, в виде часов), мне пришло в голову, что в случае неправильного поворота этот приборчик должен будет выпасть из кармана куртки, когда я буду летать вверх ногами. Но… я решил рискнуть им для большей убедительности.
Вот, собственно говоря, всё, чем я рисковал, то есть на 13 рублей 50 копеек казённым имуществом. Было жутко только решиться, а как только я закрыл бензин, чтобы перейти на планирование, мне сразу стало легко, и я занялся своей работой.
Наклонив «ньюпор» почти вертикально, я начал планировать, следя за высотой, чтобы иметь запас высоты на случай неудачи.
Примерно на 600 метрах я начал выравнивать аппарат и, когда он начал переходить горизонт, открыл бензин.
Мотор очень хорошо заработал, аппарат полез в небо и начал ложиться на спину. Моя левая рука находилась всё время на бензиновом кране, чтобы точнее регулировать работу мотора, хотя мне очень хотелось рукой опереться, как при спуске, о кожух. Одно мгновение мне показалось было, что я слишком долго не вижу земли, но… чуть больше потянул за ручку и увидел землю. Закрыл бензин опять и, выровняв аппарат, начал планировать к ангарам. За всё время этого… полёта я чувствовал себя так же, как и при горизонтальном повороте с креном градусов 70—80, то есть ощущаешь телом поворот аэроплана, как, например, лёжа в поезде, чувствуешь телом поворот вагона.
Я очень малокровный: стоит мне немного поработать согнувшись в кабинке "ньюпора", и в результате от прилива крови сильное головокружение. Здесь же я сидел несколько мгновений вниз головой и прилива крови в голове не чувствовал, стремления отделиться от сиденья тоже не было, и ноги давили на педали. Мой анероид не выпал из кармана куртки, и инструменты в открытых ящиках остались на своих местах. Бензин и масло также удерживались центробежной силой на дне бака, то есть вверху, и нормально подавались в мотор, который великолепно работал всю верхнюю половину петли.
В общем, всё это доказывает, что аэроплан сделал обыкновенный поворот, только в вертикальной плоскости, так как всё время существовало динамическое равновесие.
С этим только поворотом воздух является побеждённым человеком. По какой-то ошибке человек позабыл, что в воздухе везде опора, и давно ему пора отделаться определять направления по отношению к земле…»
Таким образом, Нестеров, впервые в мире выполнив на самолёте «Ньюпор-4» с двигателем «Гном» в 70 л. с. замкнутую петлю в вертикальной плоскости, положил начало высшему пилотажу.
«Сегодня в 6 часов вечера военный лётчик 3-й авиационной роты Нестеров в присутствии других лётчиков, врача и посторонней публики сделал на "ньюпоре" на высоте 600 м "мёртвую петлю", т.е. описал полный круг в вертикальной плоскости, после чего спланировал к ангарам», — говорилось в официальной телеграмме в газету «Вечернее время» 27 августа 1913 г.