К июлю 1943г. прибыл с пополнением в 260 стрелковую дивизию. Части дивизии после участия в Сталинградской битве находились в резерве и дислоцировались в районе пос.Секиотово (под Калугой).

Зачислен в состав 1030 стрелкового полка. Командир полка подполковник Оханцев Нектарий Иванович.

До 13 июля 1943г. дивизия занималась боевой подготовкой.

С 14 по 18 июля совершила марш через д.Глинная (Ульяновский р-н Калужской обл.) к д.Свобода.

21 июля в 04-30 части дивизии заняли исходное положение и перешла в наступление в направлении Шевелильник- Бугай, с ближайшей задачей- перерезать железную дорогу Бугай- Слобода. Противник занимал рубеж Гранки- Шевелильник- Тупик и оказывал упорное сопротивление, неоднократно переходя в контратаки.

В течение ночи на 22 июля дивизия вела бои с частями 335 гренадерского полка 211 пехотной дивизии. Силой до 2 рот пехоты при поддержке 12 танков противник перешел в контратаку на участке Гранки- Шевелильники.

С 10-00 22 июля полк возобновил наступление в направлении станции Тупик. Встретив сильное сопротивление, продвинуться не смог. В течение дня были отбиты 7 контратак.

21 и 22 июля пулеметчик 2 пулеметной роты красноармеец Олейников вместе со своим расчетом обеспечил продвижение наших стрелковых подразделений. Огнем из личного оружия- винтовки уничтожил 2 гитлеровцев.

Когда весь расчет выбыл из строя, Петр Дмитриевич продолжал вести огонь и не отошел от пулемета до своей последней минуты.

Числился погибшим и похороненным в братской могиле в 2км. северо-западнее станции Тупик, Думничский р-н, Смоленская обл. (совр. Жиздринский р-н, Калужская обл.).

Приказом от 29 июля 1943г. был награжден медалью «За боевые заслуги».

Был ранен и эвакуирован в госпиталь. Награду не получил.

С сентября 1943г. снова в строю.

К маю 1944г. командир отделения стрелковой роты 105 стрелкового полка 77 стрелковой дивизии.

Участник боев за Севастополь.

С 01 по 06 мая полк готовился к прорыву немецкой обороны. Были организованы штурмовые группы.

Восточные склоны Сапун-Горы были изрыты тремя рядами траншей со множеством ходов сообщения. Противник использовал старые крепостные укрепления, соорудив ДОТы и ДЗОТы. По гребню горы курсировали самоходные орудия. Подходы к траншеям были заминированы и окутаны колючей проволокой.

В ночь перед наступлением саперы полка проделали 6 проходов в минных полях.

07 мая в 09-30 началась артподготовка. Наши штурмовики Ил-2 обрабатывали передний край противника. В 11-00 пехота пошла в атаку. В 11-45 бойцы 1 и 3 стрелковых батальонов заняли первую линию транше противника.

В 19-30 бойцы 3 стрелкового батальона капитана Шилова Николая Васильевича овладели гребнем горы.

07 мая в бою у Сапун-Горы, несмотря на ураганный огонь, достиг траншеи противника. Забросав траншею гранатами, вместе со своим отделением занял ее. Дождавшись подхода основных сил, продолжил наступление. Достиг второй линии траншей противника, забросал гранатами ДОТ. Первым достиг вершины Сапун-Горы и водрузил на ней Красный флаг.

В бою лично уничтожил 22 гитлеровца, 7 взял в плен.

11 мая 1944г. командир полка гвардии майор Слижевский Иван Сергеевич представил красноармейца Олейникова к званию Герой Советского Союза. Представление было поддержано командованием дивизии и командованием 51 армии. Приказом от 16 мая 1944г.  Петр Дмитриевич был награжден орденом Красного Знамени.

Старший сержант Олейников умер от ран 21 октября 1944г. в эвакогоспитале ЭГ 1044. Был похоронен на русском кладбище г.Паневежис, Литва.