Започва да работи като асистент в Държавната политехника. Работи във ВМЕИ, Варна от 1962 г. През следващите години катедра „Електрически машини и апарати“ постига големи успехи в своята област. Пенчев е ръководител на катедрата и неговите качества като ръководител са фактор за избора му за декан на Електротехническия факултет. От 1967 до 1973 г. е ректор на ВМЕИ във Варна, което го прави първия ректор с 2 последователни мандата в историята на висшето училище. Получава научна степен доктор на техническите науки през 1969 на тема Върху разсейването на трансформаторите.