Первым заданием для Ширшова стал приказ Сталина разобраться с нефтеперевозками на Каспии и по Волге. Шла Сталинградская битва. Поток транспортов с ленд-лизом шёл из Персидского залива на север через Астрахань. Этим же путём вывозилась нефть с промыслов Баку и Грозного. Противотоком к Сталинграду подвозились свежие сибирские дивизии. Положение было критическим. В случае захвата города немцы перерезали бы эту единственную водную артерию.

Ширшов и члены его команды непрерывно летают между городами региона. Составляют и рассылают по портам рекомендации по организации движения транспортных судов. Это помогло скоординировать действия между портами. Было найдено решение транспортировать нефть не по Волге, а через Красноводск и затем по железной дороге вглубь страны. Удалось переправить из Баку в Красноводск 100 паровозов и 500 цистерн, а в Моздок – 600 танков, прибывших из Ирана. Сибирские воинские части также стали перебрасываться в Моздок из Красноводска.

Когда в 1943 году, после разгрома немцев под Сталинградом, Каспий стал работать нормально, перед Ширшовым поставили задачу по восстановлению разрушенных портов. Он выезжает в освобождённый Новороссийск, затем в Одессу, потом организует в Измаиле Дунайское речное пароходство. В декабре 1944 года у него родилась дочь Марина.

В конце войны Ширшов руководит строительством новых морских причалов в Петропавловске-Камчатском, Николаевске-на-Амуре и Владивостоке, восстанавливает Ленинградский порт. Как ни удивительно, но у него находилось время и на сугубо мирные вопросы. В феврале 1944 года Пётр Петрович выступил на общем собрании Академии наук с докладом о научных результатах дрейфа станции «СП-1» по разделам: рельеф дна, водные массы, ледовый покров и планктон. Составление этого доклада стало серьёзным экзаменом для лаборатории океанологии, но текст написал лично Ширшов, регулярно выкраивавший час-другой для посещения своего детища.

Очень сложной в период войны оказалась проблема кадров. Основная часть трудоспособного мужского населения была мобилизована. Но Наркомат находил решения. Большинство моряков и портовиков Чёрного и Балтийского морей было переброшено на Дальний Восток, Север и Каспий. По просьбе наркома ЦК ВЛКСМ объявил мобилизацию молодёжи для транспортного флота, в результате чего ряды моряков пополнили две тысячи юношей и девушек. Когда в северных портах широко развернулась выгрузка военных грузов, прибывающих по ленд-лизу, для работы в Архангельском порту призвали более двух тысяч мужчин старшего возраста из Вологодской и Комстромской областей, и столько же – в Мурманский порт из Рязанской и Тульской областей.

Трудной проблемой являлась компенсация потерь торгового флота в сухогрузах и танкерах, а также в портовой технике. Ширшов обратился по этому вопросу в Совнарком СССР и вскоре получил реальную помощь: правительство поставило эту задачу перед союзниками и те наладили конвейерную сборку сухогрузов типа «Либерти», танкеров, портовых кранов, паровозов и железнодорожных платформ. Всё это стало поступать из Америки в дальневосточные порты, где за эти вопросы отвечал заместитель наркома А.А. Афанасьев.

Понятно, что рейсы судов торгового флота были в годы войны сложными и опасными. Им приходилось плыть в зоне молчания, был строгий приказ не выходить в эфир, безмолвствовали и береговые радиопеленгаторы, суда шли с потушенными огнями. Главный морской инспектор Наркомата С.И. Ушаков вспоминал:

«Во время моей совместной работы с Петром Петровичем я убедился, насколько хорошо и квалифицированно он разбирался в навигационных вопросах, как быстро оценивал обстановку, какие правильные предлагал меры. Ширшова отличала высокая культура общения со своими сотрудниками, умение использовать их знания, взять от них как можно больше. Никогда не кичился он своими заслугами, не любил лести, был очень скромным, интеллигентным человеком». (Сузюмов, 1981).

По инициативе министра в 1944 году проводится коренная реорганизация сети учебных заведений отрасли, создаются новые средние и высшие мореходные училища, по-новому организуется учебный процесс.

За большой вклад в дело победы над фашистской Германией около 14 тыс. работников морского транспорта были награждены орденами и медалями. На счету моряков около 100 млн. тонн перевезённых грузов и более 1 млн. человек.

После войны работниками Министерства морского флота, пароходств и портов была проведена колоссальная работа по восстановлению разрушенного хозяйства, увеличению объёмов перевозок. Пока не восстановили судостроительные заводы, пополнение торгового флота шло за счёт трофеев. Одновременно были размещены заказы на постройку новых судов за границей, заложены новые серии на отечественных верфях.

Ширшов, накопивший большой практический опыт, обладающий широким кругозором и глубокой эрудицией, сумел предвидеть генеральные пути дальнейшего развития морского транспорта и направлял на это усилия возглавляемого им коллектива. Большое внимание уделялось оснащению новыми техническими средствами судовождения, обработки грузов в портах, внедрению прогрессивных методов в работу плавсостава и береговых служб.

Ещё в суровое военное время Ширшов обдумывал дальнейшие мирные планы. Он мечтал создать научный центр, где бы изучалась физика, гидрология, биология, геология, химия морей и океанов. Уже в 1943 году он договорился с молодыми тогда учёными В.П. Зенковичем и А.Д. Добровольским о геологическом обследовании берегов Чёрного и Каспийского морей.

В ноябре 1945 года по инициативе Ширшова в Академии наук была создана Комиссия по изучению Каспийского моря, а он стал её председателем. За годы войны Пётр Петрович детально ознакомился с условиями навигации и спецификой природы этого бассейна, хорошо представлял его роль в народном хозяйстве. Вскоре Ширшов обратился в Правительство с предложением о создании специального института широкого океанологического профиля и развитии экспедиционной деятельности в морях и океанах всего Земного шара. 24 декабря 1945 года Совнарком принял постановление об организации в системе Академии наук Института океанологии на базе слияния Лаборатории океанологии и Каспийской комиссии. Директором института утвердили академика П.П. Ширшова.

Деятельность нового института носила комплексный характер. В первые годы его сотрудники изучали географию и природу отечественных морских бассейнов, а с конца 50-х годов, уже после смерти Ширшова, перешли к изучению процессов, происходящих в водах Мирового океана, на его дне и в толще Земной коры под ними.

Послевоенные годы были чрезвычайно плодотворны для Ширшова. Он вторично избирается депутатом Верховного Совета СССР, на этот раз от Новороссийска. Власти города предложили ему выбрать для личной дачи участок земли на берегу моря. Участок он выбрал, но построил там Южное отделение Института океанологии, впоследствии знаменитую «Голубую бухту».

Надо отметить, что ведомственная жилка подталкивала Ширшова и к не совсем продуманным решениям. Так, он задумал передачу Морфлоту всех арктических портов, принадлежавших до войны Главсевморпути, а научную часть предлагал сконцентрировать в Академии наук. Вольно или невольно, но это стало началом распада Главного управления Северного морского пути.