После окончания института работал на полярной станции, расположенной на мысе Шмидта.
Проработал на станции с 1938 по 1940 годы, занимал должности инженера-гидролога и начальника станции.
За 45 лет работы П. А. Гордиенко участвовал в 60 полярных экспедициях, в ряде из них являлся руководителем.
В течение шести навигаций он руководил научными группами института при штабе морских операций в восточном районе Северного морского пути, работал в девяти высокоширотных воздушных экспедициях «Север».
С 1955 года вернулся на работу в ААНИИ, где проработал остаток жизни до 1982 года. 9 апреля 1955 года принял у Е. И. Толстикова смену дрейфующей станции «Северный полюс-4», 20 апреля 1956 года передал станцию А. Г. Дралкину.
1957—1962 годах работал заместителем директора ААНИИ (до 1960 — В. В. Фролов, с 1960 — А. Ф. Трёшников) по научной части. С марта по май 1961 года был начальником ВВЭ «Север-13»[2].
В 1967 году на ВВЭ «Север-19» стал заместителем начальника «А-138/169» по науке.
С марта по май 1969 года был начальником ВВЭ «Север-21», на следующий год с марта по май был начальником ВВЭ «Север-22»
В 1970 году П. А. Гордиенко защитил диссертацию на звание доктора географических наук.
Похоронен на Большеохтинском кладбище Санкт-Петербурга.
Научные исследования
Первые научные материалы П. А. Гордиенко начал собирать, работая в своём первом месте работы на мысе Шмидта.
Всю свою дальнейшую карьеру он занимался вопросами оценки торосистости льдов и разработкой влияния ледовых условий на судоходство в замерзающих морях.
В процессе исследования он затрагивал вопросы создал теории образования припая, разработал методику авиаразведки льдов.
Все эти работы позволили вывести на новый уровень организацию и планирование ледовой проводки судов и продление навигации на трассе Северного морского пути.
П. А. Гордиенко занимался подготовкой кадров ААНИИ, помог вырастить высококвалифицированных специалистов, способных решать сложные научные проблемы.
С 1940-х годов он активно пишет книги и статьи как научной, так и научно-популярной направленности. За всю его карьеру вышло более 70 научных работ о ледяных массивах арктических морей, дрейфе льда. Кроме этого вышел ряд научно-популярных книг.