С началом Великой Отечественной войны в действующей армии в должности заместителя командира 96‐го дбап. С ноября 1941 г. в той же должности в 750‐м дбап 51‐й дбад, а позже – заместителем командира того же полка по лётной подготовке. Выполнял боевые задания по бомбардировке аэродромов, железнодорожных узлов, эшелонов, переправ и скоплений войск противника в районах боевых действий: Смоленск, Вязьма, Витебск, Орша, Орёл, Брянск, Дно, Ржев, Можайск, Минск, Харьков, Льгов, Полтава; выполнял задания по заброске диверсионных групп в тыл противника и доставке грузов партизанам. К июлю 1942 г. майор Бурлуцкий имел 86 боевых вылетов, из которых 83 – ночью, в том числе два вылета на дальние цели – Данциг и Истенбург.
За успешное выполнение заданий командования он был представлен к званию Героя Советского Союза, но тогда награждение не прошло. Бурлуцкий был награждён орденом Ленина. В мае 1943 г. как лучшего лётчика полка его назначают лётчиком-инструктором по технике пилотирования 2‐го гв. ак дд. В сентябре 1943 г. в составе корпуса была сформирована группа ночных охотников, а в октябре 1943 г. на базе группы начал формироваться 112‐й авиационный полк ночных охотников-блокировщиков дальнего действия. Возглавил эту группу, а в дальнейшем и полк подполковник Бурлуцкий. Имея на вооружении бомбардировщики A‐20G и В‐25, полк обеспечивал нанесение ударов другими полками корпуса по промышленным объектам, железнодорожным узлам и местам скопления войск противника, блокируя аэродромы немецкой истребительной авиации и подавляя средства противовоздушной обороны.
Блокировщики обычно появлялись в районе аэродромов истребительной авиации противника за 10–15 минут до начала бомбардировок намеченных объектов и оставались в воздушном пространстве неприятельских аэродромов вплоть до ухода от цели последнего самолёта-бомбардировщика. С малых высот они обстреливали пушечно-пулемётным огнём район старта, препятствуя взлету истребителей врага, а также наносили удары по обозначившим себя батареям зенитной артиллерии и прожекторам.
С сентября по декабрь 1943 г. полк наносил удары в интересах Ленинградского, Белорусских, Украинских и Брянского фронтов. Кроме того, лётчики полка привлекались к выполнению других задач – разведке погоды в интересах корпуса и АДД в целом, свободной охоте над оккупированной территорией. При выполнении заданий по блокированию путей сообщения и полётов на свободную охоту полком было подожжено 2 железнодорожных эшелона, уничтожены десятки автомашин, вызвано значительное количество пожаров на железнодорожных станциях и аэродромах. В январе 1944 г. полк был преобразован в 26‐й гв. ап дд.
Тогда же, в январе 1944 г. из состава полка была выделена особая группа из шести самолетов, перед которой поставили задачу обеспечить налёты авиации Ленинградского и Прибалтийских фронтов на столицу Финляндии Хельсинки. За три месяца группа выполнила 96 боевых вылетов на блокирование аэродромов и средств ПВО в районах Хельсинки, Нарвы, Таллина, Идрицы и Пскова. Удалось не только снизить активность авиации противника, но и заставить его работать с аэродромов подскока. Кроме того, немецкое командование было вынуждено организовать большое число ложных аэродромов и усилить меры по маскировке настоящих взлетно-посадочных площадок. Возглавлял группу подполковник Бурлуцкий.
Весной 1944 г. полк в полном составе перелетел на аэродром Борисполь под Киев. С апреля экипажи выполняли боевые вылеты от Крыма на юге до Прибалтики на севере. В ходе Крымской операции полк выполнил около 70 боевых вылетов на блокирование аэродромов и подавление средств противовоздушной обороны. Сам командир полка на самолёте A‐20G совершил 44 боевых вылета. В боевой обстановке он проявлял исключительную инициативу, настойчивость, отвагу и мужество. Несмотря на запрещение врачей на проведение высотных ночных полётов по состоянию здоровья, летал наравне с рядовыми лётчиками.
Всего за время нахождения на фронте П.И. Бурлуцкий совершил 168 боевых вылетов на бомбардировку важных военно-промышленных объектов в глубоком тылу противника, скоплений его живой силы и боевой техники, подготовил 47 лётчиков на самолёт Ил‐4 и пятерых на A‐20G.
Указом ПВС СССР от 19 августа 1944 г. за образцовое выполнение заданий командования и проявленные при этом мужество и героизм подполковнику Бурлуцкому П.И. присвоено звание Героя Советского Союза.
В дальнейшем 26‐й гв. ап дд участвовал в операции «Багратион», в ходе которой произвёл 280 самолёто-вылетов, в основном на блокирование аэродромов в районах Бобруйска, Гомеля, Пинска, Барановичей, Борисова, Минска, Кобрина, Бреста, Белостока, Волковыска, Слонима, Лиды, Орши, Полоцка и Даугавпилса.
За отличную боевую работу по обеспечению наступательной операции Красной армии в Белоруссии приказом Верховного Главнокомандующего от 10 августа 1944 г. 26‐му гв. ап дд было присвоено почётное наименование «Брестский». В октябре 1944 г. полк перебазировался на аэродром Воронковицы (Староконстантиновский район Хмельницкой области).