Любовь к Родине, высокое сознание своего патриотического долга перед народом побуждали Нестерова отдавать все силы и знания развитию авиации в России.
В газете «Утро России» Нестеров писал: «...в настоящее время наши военные авторитеты признали за «мертвой петлей» большое значение в смысле подготовки летчиков, и по всей вероятности эти «мертвые петли» и другие сопутствующие им воздушные явления сделаются обязательным предметом авиационных курсов»
Творческие исследования привели Петра Николаевича Нестерова к решению построить оригинальный самолет, на котором можно было бы легко выполнять фигуры высшего пилотажа. Нестеров едет в Петербург, чтобы выхлопотать средства на постройку такого самолета. В столице он был тепло встречен передовой авиационной общественностью. Начальник Гатчинской авиационной школы официально рекомендовал пилотам учиться вождению самолета у Нестерова. Петр Николаевич провел несколько занятий с авиаторами, поделился своим опытом.
На приеме в редакции одной из петербургских газет Петр Николаевич заявил: «Я приехал, чтобы добиться осуществления величайшей мечты моей жизни — постройки нового аэроплана совершенно оригинальной системы».
Однако, несмотря на успехи Нестерова, прогремевшие на весь мир, царское правительство отказало ему в средствах на постройку самолета. Петр Николаевич вернулся в Киев.
Но и этот новый удар не сломил волю Нестерова, не заставил его прекратить поиски новых путей развития авиации и совершенствования конструкции самолета.
У Петра Николаевича родилась идея испытать военные самолеты в дальних перелетах. С присущей ему прозорливостью Нестеров правильно предугадал, что преодоление на самолете больших расстояний откроет новые возможности боевого применения авиации. Он начал усиленно готовиться к дальним перелетам. Перед каждым таким перелетом составлял и тщательно изучал маршрут полета.
В начале 1913 года Нестеров совершил перелет из Киева в Нежин и обратно. 10—11 августа того же года, имея на борту кинооператора, производившего съемку с воздуха, Нестеров выполнил выдающийся по тому времени перелет по маршруту Киев — Остер — Нежин — Киев протяженностью 320 километров. Полет продолжался 3 часа 49 минут и явился прообразом групповых полетов, так как в нем участвовало три самолета, летевших в строю. Это было неслыханным новшеством. Весь полет был заснят на кинопленку1. На маршруте самолеты произвели четыре промежуточные посадки на незнакомых и неподготовленных площадках. Эти посадки также носили характер групповых, поскольку один из летчиков выбирал с воздуха площадку и приземлялся на ней, а остальные летчики по очереди садились рядом с ним.
Полет происходил на высоте 1000—1200 метров. Самолеты летели строем «фронт» с интервалом 100— 200 метров. На каждом этапе маршрута один из самолетов по заданию Нестерова выполнял полет в качестве ведущего, а остальные два равнялись по нему. Необходимо подчеркнуть, что такой полет на самолетах, с двигателями, допускающими регулировку числа оборотов только в ограниченных пределах, очень сложен. Не меньшая трудность, также успешно преодоленная летчиками, была связана с тем, что на самолетах не было компасов, вследствие чего полет совершался по солнцу и вдоль линейных ориентиров.
Большое значение имел также перелет по маршруту Киев — Одесса — Севастополь. Нестеров вылетел 1 марта 1914 года в 10 часов 35 минут с механиком Руденко. Условия погоды во время перелета были крайне сложными: на маршруте наблюдались сильная болтанка и резкий порывистый ветер. Но все же Нестеров, умело используя попутный ветер, пролетел без посадки из Киева в Одессу за 3 часа 10 минут. Во время перелета Нестеров установил, что летать можно и при сильном ветре (который лишь уменьшает или увеличивает скорость) и что можно производить полеты по прямой, ориентируясь по солнцу. До Нестерова только М. Н. Ефимов решался летать при сильном ветре, большинство летчиков совершали полеты только в хорошую погоду и старались держаться при этом на небольшой высоте, чтобы не потерять ориентировку. После непродолжительного пребывания в Одессе Нестеров продолжал перелет.
Совершив посадку на аэродроме Севастопольской авиационной школы, Нестеров впервые встретился здесь с М. Н. Ефимовым. Михаил Никифорович поздравил Нестерова с успехами, которые имели огромное значение для дальнейшего развития авиации.