Получив клеймо "матёрого врага Советской власти" от министра МВД СССР Н.А. Щёлокова, Пётр Шелохонов уже не мог сниматься в больших ролях - письмо министра обсуждали в ЦК КПСС и потом советская цензура действовала беспощадно. На «Мосфильме» кинорежиссёр Сергей Герасимов рекомендовал Петра Шелохонова на главную роль в двухсерийном фильме «Укрощение огня», однако, по решению кураторов из ЦК КПСС главную роль дали Кириллу Лаврову, а Петру Шелохонову дали роль второго плана - Карелин, помощник Королева. Прототипами героев фильма были реальные люди, но их имена в СССР были засекречены и в фильме актёры играли собирательные образы. Кирилл Лавров и Петр Шелохонов сыграли в фильме несколько совместных сцен и остались друзьями на всю жизнь, снявшись вместе ещё в десяти фильмах.

В фильме «Укрощение огня» впервые была приоткрыта завеса секретности над ракетно-космической промышленностью СССР. Съемки проходили в 1970-1971 годах на космодроме Байконур, в Звездном городке космонавтов, а также в Кремле. Под вымышленными именами героев фильма скрывались засекреченные имена конструкторов ракетной техники. Их роли после строгого отбора исполняли актёры, которых утверждали после согласования с тогдашним правительством СССР. Пётр Шелохонов стал партнером таких актёров, как Игорь Горбачев, Евгений Матвеев, Зиновий Гердт, Игорь Владимиров, Андрей Попов, Вера Кузнецова, Всеволод Сафонов и других звезд советского кино. После этой совместной работы режиссёр Игорь Владимиров пригласил Петра Шелохонова в труппу ленинградского театра им. Ленсовета, но актёр не сразу принял приглашение знаменитого режиссёра, он уже был занят в спектаклях ленинградского театра "Ленком".

Ленинград

В 1968 − 1999 годах Пётр Шелохонов жил и работал в Ленинграде (Санкт-Петербурге), в театре им. Ленинского Комсомола, театре им. Комиссаржевской и театре им. Ленсовета. Среди театральных работ Петра Шелохонова отмечены главные роли в спектаклях «Гнездо глухаря» по пьесе В. Розова и «Тема с вариациями» по пьесе С. Алёшина, а также исполнение роли Никиты Романовича Захарьина в трилогии А. Толстого о царях. На киностудии «Ленфильм» было снято более 40 кинофильмов с его участием. В этот период раскрываются творческие возможности П. Шелохонова как артиста кино исполнившего разнообразные роли, такие, как шпион Сотников («Развязка», 1968), композитор Михаил Глинка («Ференц Лист», 1970), казак Северьян Улыбин («Даурия», 1971), военный комиссар («Такая длинная, длинная дорога», 1972), директор Пересада, («Ответная мера», 1974, Одесская киностудия), Дорогомилов (телесериалы «Первые радости» и «Необыкновенное лето», 1977-79), кузнец Акимыч (телесериал Хлеб — имя существительное, 1988) и другие работы в кино и на телевидении. Шелохонов снимался с такими звездами советского кино, как Павел Луспекаев, Николай Гриценко, Наталья Фатеева, Кирилл Лавров, Виталий Соломин, Василий Шукшин и др.

Петербург

В 1989-1990 годах известный режиссёр, актёр и писатель Питер Устинов поставил в Петербурге на сцене театра им. Ленсовета свою пьесу «Фотофиниш», в которой ведущую роль — Сэма поручил Петру Шелохонову. На память об этой работе Питер Устинов подарил Петру Шелохонову фотографию с дружеской подписью «Петру Первому от Петра Устинова».