В октябре 1941 года призвана в ряды РККА. В действующей армии воевала в составе 366-й стрелковой дивизии 59-й армии Волховского, затем Ленинградского фронта.
17 марта 1942 года за проявленную отвагу в боях с немецкими захватчиками, за стойкость, мужество, дисциплину и организованность, за героизм личного состава дивизия была преобразована в 19-ю гвардейскую стрелковую дивизию.
За боевые заслуги П. П. Николаенко награждена медалями: «За оборону Ленинграда», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.»
Вернувшись домой в 1944 году, Полина Петровна поступила в педагогический институт на заочное отделение, работая в это время в школе трудовых резервов города Прокопьевска. В 1953 – 1954 годах работала учителем истории в школе № 16. С 1954 по 1977 годы – учителем истории и домоводства в школе № 50.
