3 мая (21 апреля) 1830 года Павел Петрович Сухтелен был назначен на должность Оренбургского военного губернатора и командира Отдельного Оренбургского корпуса. Этот период стал временем значительных преобразований для Оренбургского казачьего войска и всего края. Благодаря его усилиям улучшилось положение казаков, развивалось образование и социальная поддержка, а также укреплялась военная инфраструктура региона.
Одной из первых инициатив Сухтелена стало улучшение содержания Оренбургского казачьего войска. С 1832 года семьи погибших в сражениях офицеров стали получать ежегодные пособия в размере 3 тысяч рублей из государственной казны. Это решение значительно облегчило жизнь вдов и детей, оставшихся без кормильцев.
Кроме того, Павел Петрович уделял внимание развитию конного дела в войске. По его распоряжению под Оренбургом были созданы первые казачьи конные заводы, что позволило улучшить качество лошадей, используемых в службе.
Сухтелен активно способствовал развитию образования в Оренбургском крае. В декабре 1832 года по его ходатайству при Неплюевском военном училище было открыто Оренбургское девичье училище – специальное отделение для дочерей нижних военных чинов и представителей свободных сословий. Впоследствии это учебное заведение было преобразовано в Оренбургский женский институт имени Императора Николая I, что стало важным шагом в развитии женского образования на Южном Урале.
В 1832 году «за отлично-усердную службу, неустанные труды по занимаемой должности и примерную заботливость о благосостоянии вверенного ему края и войск» Павел Петрович Сухтелен был награжден орденом Святого Александра Невского.