В ніч на 31 березня 1944 року 248 стрілецький полк отримав наказ захопити станцію Пирлиця Унгенського району в Молдавії. В тяжкому бою після загибелі командира полку капітан Пономаренко взяв на себе командування трьома батальйонами і відбив до підходу основних сил 7 атак ворога. На кінець дня підійшло підкріплення і відважний командир повів батальйони в наступ. В цьому бою він отримав тяжке порянення і помер на руках бойових товаришів. Поховали Героя в селі Грасени.
Указом Президії Верховної Ради СРСР від 13 вересня 1944 року за мужність, відвагу та героїзм в боротьбі з фашистськими загарбниками капітану Пономаренку Павлу Андрійовичу посмертно присвоєно звання Героя Радянського Союзу.
На честь героя одна з вулиць в молдавському містечку Унгени носить його ім’я.