Исключительно много давало участие в организации и проведении крупных общевойсковых учений. На одном из них в Приморской группе войск на практике проверялись тактико-технические и боевые свойства бронетанковой техники, ее влияние на тактику и организацию войск. В сложных условиях местности испытывались тогдашние наши танки Б Т-5, Т-26 и малый плавающий танк Т-37. На учение прибыл начальник автобронетанкового управления РККА командарм 2-го ранга И. А. Халепский. Энтузиаст моторизации и механизации РККА, много сделавший для оснащения ее бронетанковой техникой, он произвел большое впечатление на участников учений, особенно своим докладом о принципах массированного применения танков на основе теории глубокой наступательной операции. Именно к этому времени относил Павел Алексеевич пробуждение у него серьезного интереса к танкам и новому роду войск — автобронетанковым войскам, которым предстояло сыграть такую исключительно большую роль в будущей войне.
А вскоре он и сам стал танкистом. Произошло это довольно неожиданным образом. Командира 63-го Краснознаменного стрелкового полка полковника Ротмистрова — на эту должность он был назначен в июле 1937 года — осенью того же года вызвали из Забайкалья в Москву в Главное управление по командному и начальствующему составу Красной Армии. Ему предложили должность преподавателя тактики в недавно организованной Военной академии моторизации и механизации РККА. Можно не сомневаться, что подобное предложение озадачило бы любого командира стрелкового полка. Взволновало оно поначалу и Павла Алексеевича. Но начальник академии 36-летний дивизионный инженер И. А. Лебедев объяснил ему, что готовых преподавателей тактики бронетанковых войск пока нет, да еще и быть не может, Все в этом молодом роде войск, в том числе и тактику, предстоит создавать, развивать, совершенствовать, обогащать на основе учений и войскового опыта.
— Все мы учим и сами одновременно учимся, — сказал он. — Такова специфика наших молодых, но весьма перспективных автобронетанковых войск.
Такая специфика пришлась Павлу Алексеевичу по душе. Став преподавателем, он с увлечением готовился к лекциям и практическим занятиям, изучая и обдумывая материалы по теории и практике применения танков. Богатый материал для размышлений и выводов давали бои в Испании, использование танков при отражении нападения японской военщины в районе озера Хасан и на берегах реки Халхин-Гол. Глубокое изучение опыта боевых действий танковых частей позволило ему написать и защитить диссертацию на соискание ученой степени кандидата военных наук. Вскоре он получил и ученое звание доцента. Казалось, что впереди успешная педагогическая карьера, привлекательная деятельность ученого-теоретика. Но жизнь распорядилась по-иному.
В конце ноября 1939 года началась советско-финляндская война. Преподаватель тактики Ротмистров обратился к командованию с просьбой командировать его на Карельский перешеек для изучения на месте боевых действий танков. Он считал, что нельзя учить танкистов умело воевать, если сам знаешь танковый бой только теоретически. Право учить — высокое право, его надо доказать. Просьба была удовлетворена. В штабе 7-й армии ему предложили должность в оперативном отделе, но он попросил направить его в действующее танковое соединение. Направили в 35-ю легкую танковую бригаду, которой командовал полковник В. Н. Кошуба — видный танкист, герой гражданской войны, один из первых выпускников академии моторизации и механизации РККА. Прибыв в бригаду, узнал, что Кошуба тяжело ранен. С разрешения замещавшего его начальника штаба отправился для изучения действий танкистов в один из батальонов бригады.
Случилось так, что преподавателю академии довелось не только наблюдать, но и возглавить атаку батальона, командир которого внезапно выбыл из строя. Атака началась на рассвете. Танки Т-26 двигались на малой скорости, чтобы не отрываться от пехоты, которую они поддерживали. Впереди — полоса гранитных надолб, проходов в которых не оказалось (хотя их обещали проделать ночью). Лишь кое-где глыбы были повалены или частично разрушены. За ними виднелись бетонированные или прикрытые броневыми щитами укрытия, из которых противник открыл шквальный артиллерийский и пулеметный огонь. Пехота под сильным огнем залегла, а затем начала отходить. Головной танк повис на надолбах и тут же был обстрелян противотанковой артиллерией. Некоторые машины угодили в замаскированные ямы-ловушки или натолкнулись на противотанковые рвы. В командирский танк Ротмистрова попал снаряд и, пробив броню, насмерть поразил командира орудия. Пришлось временно выйти из боя, передав командование начальнику штаба. Но и последующие бои не принесли успеха не только танкистам, но и всем нашим войскам. Требовались иные методы боевых действий.