П. Д. Біленчук понад 40 років займається практичною, науково-дослідницькою та викладацькою роботою. Працював начальником кабінету музею криміналістики та криміналістичного полігону, був ад’юнктом кафедри криміналістики, викладачем, старшим викладачем, доцентом кафедри криміналістики Української академії внутрішніх справ. У Київському національному університеті імені Тараса Шевченка в 1983 р. захистив дисертацію на здобуття наукового ступеня кандидата юридичних наук. Тема дисертації: «Прогнозування поведінки обвинуваченого на попередньому слідстві» по спеціальності 12.00.09. — кримінальний процес; прокурорський нагляд; судоустрій; криміналістика; судова експертиза.
Напрями наукової діяльності — криміналістика, засоби дізнання у сфері судочинства, конституційне, банківське, страхове, біржове, конкурентне, податкове, екологічне, муніципальне, інформаційно-комунікаційне та кримінальне право, нейробіоніка, криміналістична кібернетика, інформатика і системологія, електронні інформаційні та комп’ютерні технології та ін.
Автор нових напрямів юридичної науки: засоби пізнання у сфері судочинства: теорія, методологія, практика; судова антропологія та комп’ютерна психофізіологічна діагностика і прогнозування поведінки людини у сфері судочинства.
П.Д. Біленчук є автором понад 600 наукових публікацій, патентів, раціоналізаторських пропозицій, законопроектів та відомчих нормативно-правових актів, серед яких 16 монографій, 7 підручників, 80 навчальних посібників, понад 500 статей тез, рецензій. П. Д. Біленчук розробив цілу низку оригінальних методик дослідження речових доказів, новий комплект засобів для комп’ютерного дослідження психофізіологічних особливостей людини у сфері судочинства, комплект науково-технічних засобів для дій в екстремальних ситуаціях, слідчо-одорологічний комплект для роботи з запаховою інформацією, складний вимірювальний квадрат, дослідницький комплекс «Автоматизована система багатостороннього дослідження людини (АСБДЛ)», отримав патент на криміналістичну лінійку слідчого; створив електронні мультимедійні фільми «Генеза криміналістичної думки», «Ганс Гросс — визначний діяч світової криміналістики», «Слідчі дії в екстремальних ситуаціях», підготував перший в Україні електронний мультимедійний підручник «Криміналістика», брав участь у розробці ряду Законів України «Про органи і служби у справах неповнолітніх», «Про боротьбу з тероризмом» та інших нормативноправових актів у галузі молодіжної політики, муніципальної та адміністративної реформ тощо. Стажувався і вивчав досвід органів державної влади та служб правопорядку Великої Британії, Федеративної Республіки Німеччини, Молдови, Польщі, США, Канади, Росії, Узбекистану, Татарстану, Латвії, Грузії, Чехії, Словаччини, Франції та інших. Нині П.Д. Біленчук продовжує плідно працювати над дослідженням таких наукових питань: «Засоби дізнання у сфері судочинства: теоретичні і методологічні основи систематизації та використання», «Ядерна злочинність», «Трансформація функцій органів юстиції країн світу та України: традиційні підходи та сучасний погляд», «Організована транснаціональна кіберзлочинність» та «Інформаційно-телекомунікаційне безпекознавство».