Епископ Петр служил в огромном пятипрестольном храме во имя Сошествия Святого Духа на Терновой поляне, но чаще он служил в Покровско-Преображенском храме бывшего Девичьего монастыря, при котором и жил. Во время его богослужений храм был всегда полон молящимися. Епископ пробыл в Воронеже до осени 1925 года, когда был вызван в Москву. 23 ноября, попрощавшись с воронежской паствой, он отбыл в Москву.
6 января 1926 года, в канун Рождества Христова, скончался митрополит Воронежский Владимир. Тело почившего внесли в церковь при горьком плаче народа. Воронежская паства почувствовала себя осиротевшей. Многие спрашивали: когда же приедет владыка Петр? Воронежская блаженная Феоктиста жившая тогда в Девичьем монастыре, говорила: "Мясоедом приедет". Епископ Петр приехал 10 января и вместе с прибывшим на погребение митрополитом Курским и Обоянским Нафанаилом (Троицким) отпевал почившего митрополита. Погребение митрополита Владимира, которое собрало множество верующих, переросло в народное собрание, единодушно пожелавшее, чтобы преосвященный Петр взошел на Воронежскую кафедру.
После народного избрания на Воронежскую кафедру епископ уехал в Москву, чтобы получить подтверждение народного выбора от священноначалия. Заместитель Местоблюстителя митрополит Сергий признал это избрание и назначил епископа Петра на Воронежскую кафедру с возведением его в сан архиепископа, сказав при этом, что посылает в Воронеж лучшего проповедника Московской патриархии.
При высокопреосвященном Петре началось возвращение храмов из обновленчества в православие. Признание православными главой епархии архиепископа Петра не облегчало бремени служения его на Воронежской кафедре, потому что юридически власти признавали Церковью только обновленцев, и Православная Церковь хотя и существовала, но была как бы нелегальной. Такое положение затрудняло поездки архиепископа по сельским приходам епархии; эти поездки рассматривались как контрреволюционная деятельность, на них требовалось каждый раз разрешение властей, а они его не давали.
Архиепископа Петра стали вызывать на допросы в ОГПУ. Осенью 1926 года должен был состояться под руководством Тучкова съезд обновленцев, и в связи с этим ОГПУ проводило обыски у православных архиереев.
28 ноября в первый день Рождественского поста поздно ночью к нему явились сотрудники ОГПУ для произведения обыска и ареста. Вместе с архиепископом Петром был арестован архимандрит Иннокентий и другие близкие ему люди, большей частью рабочие. В конце марта следствие было закончено. 26 марта 1927 года Особое Совещание при Коллегии ОГПУ приговорило архиепископа Петра к десяти годам заключения в концлагерь.
В свое время блаженная Паша Саровская говорила владыке, что он будет заключен в тюрьму трижды. Три тюрьмы уже были позади, и он стал думать — четвертой не будет. Незадолго до ареста дивеевская блаженная Мария Ивановна прислала к нему сказать: «Пусть владыка сидит тихо...»
Весной 1927 года архиепископ Петр прибыл в Соловецкий концлагерь. Здесь он работал сторожем, затем счетоводом на продовольственном складе.
Из Соловков владыка старался писать как можно чаще, насколько позволяли условия заключения, почти в каждом письме поминая воронежскую блаженную Феоктисту Михайловну, которую он очень почитал, прося ее святых молитв.
В январе 1929 года архиепископ Петр заболел тифом и был увезен в больницу, в бывший Голгофо-Распятский скит.
В одной палате с архиепископом лежал ветеринарный врач, его духовный сын. В день смерти архиепископа Петра, 7 февраля, в четыре часа утра он услыхал шум, как бы от влетевшей стаи птиц. Он открыл глаза и увидел святую великомученицу Варвару со многими девами, из которых он узнал святых мучениц Анисию и Ирину. Великомученица Варвара подошла к постели владыки и причастила его Святых Христовых Таин.
У находившейся в заключении на Анзере монахини Арсении хранились в то время вещи высокопреосвященного Петра, 7 февраля ей сообщили, что кризис миновал и в болезни наступил перелом.
Монахиня Арсения послала владыке свитку, которую она хранила, чтобы в ней похоронить духовного отца. Когда ему подали свитку, он сказал: «Как к делу она послала ее. Теперь оботрите меня губкой». В тот же день в семь часов вечера владыка скончался.
Погребение было назначено на воскресенье 10 февраля. Один из священников пошел к начальнику 6-го отделения просить разрешения устроить торжественные похороны почившему и поставить на могиле крест. До этого из кремля прислали мантию и малый омофор. В мастерской хозяйственной части заказали сделать гроб и крест. Разрешение на участие в похоронах получили три священника и двое мирян...
Отпевание владыки было совершено в канцелярии хозяйственной части, а затем гроб и крест отвезли на Голгофу. Четыре человека копали в это время отдельную могилу напротив алтаря Воскресенского храма.