W 1944 z pomocą włoskich komunistów uciekł z obozu w pobliżu Genui i przyłączył się do partyzantów Ligurii ukrywających się w górach. Został członkiem brygady „Oreste” w składzie dywizji partyzanckiej „Pinan Cichero”, przybierając pseudonim „Poetan”. Brał udział w wielu akcjach partyzanckich. Na początku 1945 Niemcy przygotowali ostateczną rozprawę z liguryjskimi partyzantami i wysłali karną ekspedycję. 2 lutego 1945 doszło do bitwy z partyzantami, którzy podjęli zaciekłą obronę i mimo przewagi Niemców zmusili przeciwników do defensywy. W pewnym momencie Poletajew nakazał Niemcom rzucić broń i poddać się. Niemcy zaczęli składać broń i podnosić ręce, jednak jeden z nich nagle strzelił z karabinu, trafiając w gardło Poletajewa, który zginął.
Został pochowany w Rocchetta Ligure, a po wojnie z Genui. Jego imieniem nazwano ulicę w Riazaniu, gdzie 24 grudnia 1970 odsłonięto jego pomnik. We Włoszech jego pomnik postawiono w Cantalupo Ligure i w Genui.
Odznaczenia Złota Gwiazda Bohatera Związku Radzieckiego (pośmiertnie, 26 grudnia 1962) Order Lenina (pośmiertnie, 26 grudnia 1962) Złoty Medal za Męstwo Wojskowe