Jis įstojo į Raudonąją armiją 1920 m. Kovo mėn. Ir netrukus po to dalyvavo Tambovo sukilimo slopinime. Per tarpukario metus jis nuolatinėjo kariuomenėje, o 1939 m. vasarį jam buvo suteikta Urolio karinio rajono 186-osios šaulių divizijos komanda. Nacių įsiveržimo į Sovietų Sąjungą pradžioje Birjukovo divizija buvo priskirta prie 22-osios armijos ir išsiųsta į Vakarų frontą. Birjukovas buvo sužeistas Smolensko mūšyje. Po atsigavimo jam buvo suteikta 214 šaulių divizijos komanda, su kuria jis dalyvavo Stalingrado mūšyje. 1943 m. birželį Birjukovas buvo paskirtas 20-ojo Gvardijos šaulių korpuso, 4-osios Gvardijos armijos, vadu, kurį užėmė iki karo pabaigos. 1945 m. Biryukovo korpusas garsiai kovojo prieš vokiečių priešpuoliją Balatono ežere.
, už kurį Biryukovui 1945 m. balandžio mėn. buvo suteiktas Sovietų Sąjungos herojaus titulas.