П.И. Степанов уделял большое внимание проблеме геологического размещения угольных месторождений и пришел к выводу, что угленосные отложения распределены на территории СССР закономерно: к востоку их геологический возраст делается все более молодым. Выступая с докладом «Некоторые закономерности палеогеографического и стратиграфического распределения углей на земном шаре» на 17-й сессии МГК, он предложил концепцию «поясов и узлов угленакопления». Показал, что в ходе геологической истории накопление углей происходило неравномерно. Выделил периоды преимущественного образования углей, поясного размещения мест скопления углей в разные геологические периоды, установил закономерность пространственного распределения угольных бассейнов.
Эта теория, в основе которой лежит количественно-стратиграфический учет запасов, стала руководством в выборе направления научно-исследовательских работ в угольных бассейнах и в поиске новых месторождений угля на территории Советского Союза. Эти взгляды нашли свое отражение в монографии Степанова «Геология месторождений ископаемых углей и горючих сланцев» (1937), с приложением «Карта поясов преобладающего угленакопления на земном шаре. Линии главнейших угленакоплений» (масштаб 1:80000000).
В 1935 г. П.И. Степанову присвоили ученую степень доктора геолого-минералогических наук без защиты диссертации. 29 января 1939 г. его избрали действительным членом АН СССР по Отделению математических и естественных наук (геология).
С 1939 г. он руководил угольной группой в Институте геологических наук АН СССР (ИГН). В 1941 г. основал и возглавил Лабораторию проблем угленакопления, которая была преобразована в 1943 г. в отдел геологии ископаемых углей.
В 1939 г. Степанова избрали академиком-секретарем Отделения геолого-географических наук, он входил также в состав Отделения технических наук АН СССР.
В 1942–1946 гг. был членом Президиума АН СССР, членом редакционно-издательского совета при Общем собрании АН (с 1940 г.). Степанов был куратором по музеям и библиотекам Академии наук СССР, председателем Музейно-архивной (музейной) комиссии при Президиуме АН СССР.
