Всесторонне изучив теоретические положения производства виражей и убедившись в их правильности, Нестеров стал успешно выполнять глубокие виражи, поражая всех смелостью и точностью расчета. Глубокий вираж явился новым ценным вкладом в развитие техники пилотирования того времени. Нестеров открыл и явление «перемены рулей», когда при вираже свыше 45 градусов руль поворота становится как бы рулем высоты, а руль высоты выполняет функции руля поворота. Совершая экспериментальные полеты, Нестеров освоил планирование по спирали е соответствующими разворотами с больших высот. Его глубокие развороты были похожи на развороты, известные теперь под названием боевых.
Еще во время обучения летному мастерству в Гатчинской авиационной школе Нестеров задумал произвести эксперимент — выполнить полет по замкнутому кругу в вертикальной плоскости («мертвую петлю»). Этому полету предшествовала большая подготовительная работа. Чтобы определить примерные габариты будущей петли, Нестеров стал выполнять предельные виражи с максимальным креном. Установленные на поле вехи помогали замерять габариты выполняемой фигуры. В ходе своей исследовательской работы Нестеров вел переписку с Н. Е. Жуковским, а затем и лично встречался с ним.
Один из ближайших учеников Н. Е. Жуковского профессор В. П. Ветчинкин в своем труде «Динамика самолета» писал: «П. Н. Нестеров, прежде чем совершить первую в мире петлю на аэроплане... обращался за консультацией к Н. Е. Жуковскому. Последний дал элементарную теорию и указал условия, необходимые для ее выполнения» .
После того как были закончены расчеты, сделан схематический чертеж и произведен анализ динамики петли, Нестеров 27 августа 1913 года в Киеве, поднявшись на самолете «Ньюпор» над Сырецким аэродромом на высоту 1000 метров, начал разгонять самолет, используя пикирующий полет. На высоте 600—700 метров Нестеров стал переводить самолет в режим набора высоты, поставил его носом вверх. Самолет, дойдя до верхней точки петли, лег на спину и затем перешел в вертикальное положение носом вниз, замкнув, таким образом, кривую в вертикальной плоскости. После этого Нестеров вывел самолет из пикирования и вскоре приземлился на стартовой площадке аэродрома. Весь поворот в вертикальной плоскости был произведен в течение 6—8 секунд.
Бурными овациями встретили присутствовавшие на аэродроме смелого новатора. Его поздравляли с успехом, крепко жали руки. Здесь же, на аэродроме, была составлена телеграмма в одну из петербургских газет. Ее подписали десять очевидцев.
