Su inquietud por prestar servicios en el extranjero para Francia le llevó a estudiar chino en L`École des Langues Orientales Vivantes. Allí Edouard Chavannes y Sylvain Lévi pronto le recondujeron a fines académicos. En el año 1900 fue a L`École Française d’Extrême-Orient en la Indochina Francesa (Hanoi), y ese mismo, año fue enviado a Beijing a comprar libros para la escuela. Esto supuso quedar atrapado en medio de la Revolución Boxer donde por su valiente actuación recibió la Cruz de la Legión. Se convirtió en profesor de chino dentro la escuela y por mucho tiempo compartió la docencia con la adquisición de libros en China.

A su regreso a Francia, en el año 1904, fue elegido para dirigir una misión arqueológica en el Turkestán chino que duró de 1906 a 1910. A bordo del tren de Samarkanda, conoció e incorporó  a la expedición a Gustaf Mannerheim, un coronel de la armada imperial rusa que iba en misión secreta para el zar Nicolás II ante la posibilidad de invadir la china Occidental.

En el viaje, tomo contacto con el Duque Lan cuyo hermano fue el líder de la Revolución Boxer, y fue este, el que le informó de la existencia de las cuevas de Moago en Dunhuang. Pelliot llegó tres meses más tarde que Aurel Stein, pero aún así pudo comprar 6000 textos antiguos. Al volver a Paris fue acusado por el personal de la L`École des Langues Orientales Vivantes de gastar dinero público y volver con manuscritos falsos. Pero cuando en el año 1912, Stein publicó en su libro que no pudo coger todos los manuscritos que había visto en Dunhuang, la crítica a Pelliot cesó.

Sus expediciones continuaron por Mongolia, Turquía, Persia, Tíbet, haciéndose conocedor de hasta 13 lenguas orientales, y en el año 1911 entró como profesor de lenguas de Asia Central en el Collège de France. Tras la Primera Guerra Mundial fue un miembro activo de la Société Asiatique y con la ocupación alemana de Paris continuó sus investigaciones sin poder hacer mucho en la Resistencia debido a su edad. Sin embargo, es conocido su rechazo a dar la mano la ministro Vichy. Tras la liberación, fue a Estados Unidos y murió poco después de volver a Paris.

En las aportaciones más destacadas de este autor aparecen la adquisición de del sutra budista de la causa y el efecto, cuya publicación supuso el punto de partida del interés para muchos historiadores por los estudios iraníes en su influencia sobre el Asia Central; una monografía de Fou-nan, un antiguo reino que existió en el delta de Mekong (Vietnam) desde el siglo I al VI d.C.

Obras destacadas

(1902) Les influences iraniennes en Asie Centrale et en Extrême-Orient.

(1920) Le sûtra des causes et des effets du bien et du mal.

(1923) Artistes des Six Dynasties et des T’ang.

(1925) Quelques textes chinois concernant l’Indochine hindouisśe.