Не меньшее влияние оказывали его лекции по истории и археологии древнего искусства, служившие основой эстетического развития будущих исследователей отечественных древностей, и лекции о древних языческих религиозных воззрениях. Педагогическая деятельность П.М. Леонтьева не ограничивалась стенами университета: лучших из числа своих слушателей он собирал вокруг себя в частных беседах, и здесь щедро делился с ними своими знаниями. Его учёная известность была упрочена диссертацией «О поклонении Зевсу», а затем изданными пятью томами сборника «Пропилеи». Сборник пользовался большим успехом у читателей, в нём наряду с блестящими статьями П.М. Леонтьева печатались, например, «Римские женщины по Тациту» профессора Петра Николаевича Кудрявцева, «Очерки греческой философии» Михаила Никифоровича Каткова и др. В диссертации П.М. Леонтьева богатый мифологический материал был освещён одной общей темой – показать историческое развитие воззрений греческого народа на своё главное божество, насколько это отразилось в различных обрядах поклонения. Этим сочинением П.М. Леонтьев опередил подобные исследования учёных Западной Европы. Сюда же относятся две его рецензии, напечатанные во втором томе «Пропилеев» под заглавием «Мифическая Греция и Италия» на вышедшие около того времени в Англии и Германии сочинения – «Историю Греции» Джорджа Грота и «Древнейшую историю римлян» Герлаха и Баховена. По археологии искусства заслуживает внимания исследователей его курс истории греческого ваяния, части которого составили в распространённом виде предмет отдельных статей, помещённых в «Пропилеях», каковы, например, «О новой теории греческой архитектуры», «О различии стилей в греческом ваянии» и «Эгинские мраморы Мюнхенской глиптотеки». К археологическим же исследованиям, но стоявшим в стороне от этого курса, исследователи относят также напечатанную статью «Бакхический памятник графа Уварова». Практически применить свои обширные и глубокие познания по древностям, археологии и древней политической истории П.М. Леонтьеву удалось во время правительственной командировки в 1853 г.на устье Дона (в селение Надвиговку). Ему посчастливилось найти там несколько замечательных надписей и других памятников древности. Важнейшими данными, которые он добыл при помощи произведённых там по его указаниям и под его личным наблюдением раскопок, были сведения о двух главных эпохах в истории древнего Танаиса и соответствующем ему двояком месте этого города. Подробности этих археологических изысканий П.М. Леонтьев изложил в обширной статье, напечатанной в «Пропилеях» под заглавием «Разыскания на месте древнего Танаиса и его окрестностей». Как подготовку к этим археологическим работам исследователи рассматривают его статью «Обзор исследований о классических древностях северного берега Чёрного моря». Кроме того, в тех же «Пропилеях» П.М. Леонтьев поместил несколько статей, которыми отзывался на современные явления науки и жизни: рецензии на сочинения “Ликург Афинский”, “Август Бек” и “Древняя Синопа”.