Служил в составе 51 дальнего бомбардировочного авиаполка. Полк имел на вооружении самолеты ДБ-3ф.

Указом Президиума ВС СССР от 11 сентября 1941г. капитан Лукиенко был награжден орденом Красного Знамени.

В январе 1942г. назначен командиром 2 авиаэскадрильи 98 дальнего бомбардировочного авиаполка. Командир полка подполковник Бровко Иван Карпович. Полк имел на вооружении самолеты ДБ-3ф (Ил-4).

16 февраля 1942г. три экипажа полка (командиры- майор Тихий Трофим Иванович, майор Лкиенко и капитан Никифоров Алексей Петрович) в период с 19-10 по 19-50 с высот 3200-3800 бомбардировали аэродром противника Болбасово (витебская обл.). 

17 февраля пять экипажей полка (ведущий- командир полка подполковник Бровко, майор Кичин Николай Михайлович, старший лейтенант Харченко Степан Андреевич, майор Лкиенко и капитан Никифоров) бомбардировали железнодорожный узел Вязьма. 18 и 19 февраля вылеты на ту же цель.

В ночь с 27 на 28 февраля из-за неисправности материальной части самолета (№ А66-06) экипаж задачу не выполнил.

28 февраля в составе 5 экипажей бомбардировал аэродром Шаталово.

01 марта- аэродром Сеща.

19 марта из-за отказа гироскопической группы (самолет № А66-19) экипаж возвратился, не выполнив задание. 

21 марта в составе 8 экипажей атаковал позиции противника на западном берегу р.Угра у деревень Старые Луки и Староселье.

27 марта 1942г. полк переименован в 752 дальний бомбардировочный авиаполк.

С 08 апреля 1942г. с аэродрома Воронеж действовала оперативная группа полка.

19 апреля 1942г. в 21-30 с высоты 1700м. экипаж: командир 2 эскадрильи майор Лукиенко Петр Ефремович, штурман эскадрильи капитан Чичерин (фамилии стрелка-радиста не указана) бомбардировал железнодорожную станцию Брянск-1.

20 апреля в 19-36 при разбеге самолет майора Лукиенко (№7 голубой) не выдержал направления, развернулся и попал в растаявший грунт. Из-за резкого торможения встал на нос, смял фонарь, разбил левый мотор, погнул винт правого мотора и загорелся. Был потушен дежурным нарядом.

27 апреля в 20-55 с высоты 900м.  первым заходом и 1400м.- вторым экипаж Лукиенко- Чичерин бомбардировал штаб немецкой армии в Курске.

29 апреля 1942г. опергруппа прибыла на аэродром №1 Липецк. 

29 апреля экипаж майор Лукиенко, капитан Чичерин, штурман-дублер старшина Исаев, стрелок-радист младший лейтенант Земсков Михаил Васильевич- в период с 20-58 до 21-05 с двух заходов- высоты 2200м. и 3200м. бомбардировал железнодорожный узел Орел.

01 мая экипаж Лукиенко- Чичерин- Земсков в 20-55 с высоты 2100м. бомбардировали железнодорожный узел Орел.

12 мая экипаж Лукиенко- Чичерин- Земсков в период с 21-10 до 21-15 с двух заходов с высоты 4100м. бомбардировал войска и штабы противника в северо-восточной части Харькова.

13 мая в период с 21-10 до 21-15 с двух заходов с высоты 3100м. бомбардировал войска и штабы противника в Харькове.

14 мая экипаж возвратился, не выполнив задание, из-за отказа правого мотора.

29 мая экипаж Лукиенко- Чичерин- Земсков в период с 22-55 до 23-00 с двух заходов с высоты 2200м. бомбардировал аэродром Запорожье.

02 июля экипаж Лукиенко- Чичерин- Земсков в период с 22-55 до 22-40 с двух заходов с высоты 2500-2600м. бомбардировал железнодорожный узел Курск.

С 18 июля 1942г. оперативная группа полка действовала с аэродрома Монино.

В ночь с 23 на 24 июля 1942г. экипаж: майор Лукиенко, майор Чичерин, младший лейтенант Земсков в 00-35 с высоты 5300м. бомбардировал северную часть Кенигсберга.

02 августа экипаж бомбардировал войска противника в Ржеве.

03 августа в период с 22-50 до 22-35 с двух заходов с высоты 2700-2500м. бомбардировал войска противника в Ржеве. Из-за неисправности самолета посадку произвел на запасной аэродром- Ногинск.

К 04 августа 1942г. после предыдущего награждения майор Лукиенко совершил еще 39 боевых вылетов, 36 из которых- ночные. Был представлен к ордену Красного Знамени. Указ о награждении от 18 августа 1942г.

04 августа экипаж в 23-00 с высоты 3200м. бомбардировал аэродром противника в Смоленске.

05 августа в 23-05 с высоты 2700м. из-за плохих метеоусловий бомбардировал запасную цель- железнодорожную станцию Ярцево.

06 августа в 21-55 с высоты 3300м. бомбардировал железнодорожную станцию Сычевка.

07 августа в 21-30 с высоты 900м. бомбардировал резервы противника в районе Вязьмы.

08 августа в 22-00 с высоты 1700м. бомбардировал войска противника на шоссе Вязьма- Гжатск.

09 августа в период с 23-20 до 23-24 с двух заходов с высот 2700-2600м. бомбардировал войска противника в северной части Ржева. 

11 августа в период с 22-13 до 22-15 с двух заходов с высоты 2400м. бомбардировал войска противника в северной части Ржева.

13 августа в 21-50 бомбардировал войска противника в районе Муравьево и Санталово (у Ржева).

14 августа в 21-40 бомбардировал войска противника в районе Ульяново (Калужская обл.).

В ночь с 18 на 19 августа в 00-25 с высоты 6000м. бомбардировал южную окраину Данцига.

23 августа в 21-15 бомбардировал восточную окраину г.Ярцево.

24 августа в 21-30 бомбардировал железнодорожный узел Смоленск.

В ночь с 29 на 30 августа с аэродрома подскока Андриаполь, с подвесным баком, в составе 10 экипажей вылетел на бомбардировку Берлина. Из-за того, что не убралась левая нога шасси, в 00-30 с высоты 4500м. экипаж бомбардировал запасную цель- г.Штеттин.

В ночь с 01 на 02 сентября взлетев с аэродрома Монино в 23-30 с высоты 6000м. бомбардировал железнодорожный узел Прага в Варшаве. Вылет экипажа был 2000-м боевым вылетом полка.

В ночь с 04 на 05 сентября, вылетев на бомбардировку Будапешта, из-за того, что не убралась правая нога шасси, экипаж в 21-30 с высоты 3700м. бомбардировал запасную цель- железнодорожный узел Лепель.

В ночь с 09 на 10 августа экипаж: командир 2 авиаэскадрильи майор Лукиенко, штурман авиаэскадрильи майор Чичерин, начальник связи авиаэскадрильи младший лейтенант Земсков- вновь вылетел на бомбардировку Будапешта. По радио сообщил, что задание выполнено. На свой аэродром экипаж не вернулся. 

На обратном маршруте самолет был сбит. Экипаж выпрыгнул с парашютами. 

10 сентября майор Лукиенко и майор Чичерин были взяты в плен у города Болхов (Орловская обл.). Доставлены в шталаг Литцманнштадт 17 октября 1942 года. В апреле 1943г. майор Лукиенко направлен в шталаг люфтваффе №5. 20 сентября 1943г. переведен в шталаг XIII D Нюрнберг.

В апреле 1945г. был освобожден и репатриирован.

После прохождения спецпроверки восстановлен в звании.

Направлен в свой полк, который к тому времени именовался 226 гвардейского бомбардировочный авиаполк.

Награжден медалями «За оборону Москвы», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».

За долголетнюю и безупречную службу в 1946г. награжден медалью «За боевые заслуги», в 1947г.- орденом Красной Звезды.

Гвардии подполковник Лукиенко был уволен в запас 16 ноября 1948г.