Уроженец села Пугачёвка, ныне Ильичево Нижнеомского района Омской области, родился в семье крестьянина. Окончил 4 класса. В первые дни Великой Отечественной войны отец Петра Ильичева был призван в ряды действующей Армии, а его место в колхозе занял сын. За работу в колхозе Петр Иванович Ильичев был награжден грамотой ЦК ВЛКСМ. Однако Петру Ивановичу не терпелось попасть на фронт, чтобы отомстить за погибшего отца. Он неоднократно обращался в военкомат с просьбой зачислить его в ряды Красной Армии. В ноябре 1944 года 17-летний Петр был призван служить в армию на Камчатку. Здесь он окончил объединенную школу учебного отряда Тихоокеанского флота.
В августе 1945 года Петр Иванович Ильичев принимал участие в боевых действиях по освобождению Курильских островов. При взятии одной из господствующих над островом Шумшу высот в критический момент боя комсомолец Ильичев бросился на вражеский дзот и закрыл грудью амбразуру.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 сентября 1958 года Петру Ивановичу Ильичеву было присвоено звание Герой Советского Союза (посмертно).
Петр Иванович Ильичев похоронен на острове Шумшу. Бюсты Героя установлены в деревне Пугачёвка и в селе Паратунка Елизовского района Камчатской области. Его именем названы бухта и мыс на полуострове Камчатка, улицы во Владивостоке, Северо-Курильске Сахалинской области, в селе Нижняя Омка, совхоз в селе Антоновка Нижнеомского района, рыболовный траулер колхоза им. Ленина в Камчатской области. Петр Иванович Ильичев навечно зачислен в списки одного из экипажа корабля Тихоокеанского флота. Награжден орденом Ленина.
(1927-18.8.1945 гг.).