Пантелеев исполнял должность начальника штаба Северной военной флотилии в июне 1933 – апреле 1935 года. С апреля 1935 по ноябрь 1936 года моряк был начальником штаба 1-й бригады подводных лодок Черноморского флота. Когда установили персональные звания, он получил звание капитана 2-го ранга [989] .
С ноября 1936 до августа 1938 года Пантелеев командовал 2-й бригадой подводных лодок Черноморского флота [990] . На бригаде был придуман и освоен интересный тактический ход. Несколько «малюток» шли на буксире крейсера в подводном положении и, получив по телефону с крейсера информацию о цели, направлялись в атаку. Позднее Пантелеев писал: «Много времени и сил мы отдали этому тактическому приему. А жизнь в первые же месяцы Отечественной войны показала, что он не годится. Но было бы несправедливо утверждать, что усилия наши затрачены впустую. Эта учеба принесла свою пользу, она впоследствии помогла подводникам в отработке взаимодействия с авиацией. Но вообще-то было бы куда целесообразнее в то время учить подводников другому – без промаха поражать быстроходную цель на свободном зигзаге. К сожалению, тогда это было трудно организовать: не было быстроходных и маневренных кораблей-целей. Учиться атаковать вражеские корабли на зигзаге, да еще идущие в сильном охранении, пришлось уже в тяжелые дни войны. Не сразу, но научились и этому…» [991]
В августе 1938 – октябре 1939 года Пантелеев состоял членом, а затем председателем Постоянной приемной комиссии Наркомата ВМФ [992] . Пришлось принимать новые корабли, вступавшие в строй на Тихом океане. Командующий Тихоокеанским флотом И.С. Юмашев, присмотревшись к Пантелееву, предложил ему стать командиром бригады заграждения и траления. Моряк согласился. Однако в Москве для него готовили другую должность. Когда Пантелеев прибыл к наркому ВМФ Н.Г. Кузнецову, тот уточнил по телефону у Сталина назначение моряка начальником штаба Балтийского флота и обратил его внимание на опасность со стороны Финляндии [993] .
С октября 1939 года Пантелеев являлся начальником штаба Балтийского флота. 28 ноября командующий Ленинградским военным округом К.А. Мерецков предупредил о том, чтобы моряки были готовы ко всему. 30 ноября начались бои на границе с Финляндией. Флот развернул подводные лодки и дозорные корабли, вел воздушную разведку, поддерживал наступление войск артиллерией фортов. Моряки заняли десантами острова в Финском заливе. Подводники действовали на неприятельских коммуникациях. Лично Пантелеев по приказу командующего флотом В.Ф. Трибуца возглавил разведку боем острова Колписари у входа в порт Котка. Отряд кораблей (лидер «Минск», 2 эсминца и несколько катеров) приблизился к острову, пока вражеская батарея не открыла огонь. Подавить орудия не удалось. Установили хотя бы точное место батареи. На память о первом морском бое Пантелеев сохранил осколок снаряда, попавший в меховой воротник реглана. Другие стрельбы советских кораблей по береговым целям также были малоэффективны из-за отсутствия корректировщиков. В воспоминаниях Пантелеев отметил немало недостатков в действиях Балтийского флота [994] .
4 июня 1940 года Пантелеева произвели в контр-адмиралы. Великую Отечественную войну он встретил начальником штаба КБФ [995] . С 20 июня 1940 года штаб располагался в Таллине. Работали допоздна. Штаб готовил к приближающейся войне все соединения и части флота, расположенные на берегах и действующие в море. Уже 19 июня флот перевели на готовность № 2, а около полуночи 21 июня по указанию Кузнецова – и на готовность № 1. Штаб начал боевую деятельность, сообщая о войне соединениям и частям. Были погашены маяки, снимали плавучие ограждения банок и мелей [996] .
Война начиналась нелегко. Под давлением сухопутных войск противника одну за другой флот терял свои базы. В воспоминаниях Ю.А. Пантелеев описывал, как после упорной обороны была оставлена Либава, как пришлось эвакуировать Ригу. Однако первых успехов добивались подводники. Несмотря на несогласованность действий, разнородные силы флота наносили удары по неприятельским конвоям. К обороне готовили Моонзундские острова. С острова Эзель советские бомбардировщики нанесли несколько ударов по Берлину.
Гитлеровские войска продолжали наступление. Под угрозой оказалась главная база флота. За оборону Таллина отвечал командующий флотом. В помощь сухопутным войскам были сформированы морские части, обороняющихся поддерживал огонь корабельной артиллерии. Однако силы оказались неравны. 20 августа противник перешел в наступление по всему фронту. 26 августа поступил приказ эвакуировать Таллинский гарнизон. Всего за два дня предстояло вывезти более 23 тысяч человек и большое количество грузов на судах и боевых кораблях в Кронштадт. Флоту предстояло пройти 321 километр, в основном под ударами неприятельской авиации и береговой артиллерии. На пути стояло минное поле более чем из 4 тысяч мин, тогда как налицо оказалось 25 тральщиков вместо необходимых 100. А воздушного прикрытия не было, так как авиация перелетела на восток [997] .
Суда были собраны в 4 конвоя, движение которых обеспечивали три отряда боевых кораблей. Пантелеев на лидере «Минск» командовал отрядом прикрытия, который должен был защищать второй и третий конвои на участке от острова Кери до острова Вайндло [998] .
Моряк рассказал в воспоминаниях, что видел обломки кораблей и взрывы мин вдали; самому лидеру с другими кораблями пришлось отбивать атаку торпедных катеров. Несмотря на потери, 29 августа корабли достигли Кронштадта и вскоре включились в оборону Ленинграда [999] . 1 сентября командование Северо-Западного направления решило вывести из района Койвисто части 50-го стрелкового корпуса. Для выполнения операции сформировали отряд из транспортов, канонерских лодок и катеров под непосредственным командованием Ю.А. Пантелеева. 1–2 сентября было эвакуировано около 20 тысяч человек [1000] . По воспоминаниям флагмана, на транспортах и кораблях было вывезено 28 тысяч бойцов двух дивизий, раненых и пассажиров [1001] .
В сентябре-октябре 1941 года контр-адмирала направили в распоряжение Наркомата ВМФ. В октябре его назначили командующим Морской обороной Ленинграда и Озерного района; одновременно с октября 1941 по апрель 1942 года он командовал Ленинградской военно-морской базой. Пантелеев, как командир базы, был назначен также старшим морским начальником в Ленинграде и заместителем начальника гарнизона города по морской части. Он командовал базой с 4 октября. В соответствии с директивой командующего флотом Ленинградская военно-морская база обеспечивала противовоздушную и противоминную оборону кораблей в Ленинграде и содействовала сухопутным войскам при проведении наступательных операций [1002] .