Пётр Фёдорович Малышев родился 28 августа 1898 года в деревне Селезнево Переславского района Ярославской области. В 1914 году был призван в армию и участвовал в Первой мировой войне, командуя взводом на Северо-Западном фронте. В 1917 году окончил Военную школу прапорщиков.
С 1919 года служил в Красной армии. Во время Гражданской войны был начальником пулемётной команды на различных фронтах и за боевые заслуги был награждён орденом Красного Знамени в 1920 году. В 1923 году окончил курсы командного состава «Выстрел» и служил на командных должностях, в том числе командиром батальона и стрелкового полка. В 1935 году заочно окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе.
4-й ударной армией командовал генерал-лейтенант П. Ф. Малышев. Он обладал большой проницательностью, волей и железным упорством в достижении поставленной цели. Участвуя в боях с лета 1941 года , Малышев испытал отчаянье окружений и горечь отступления. Не раз находился на волосок от гибели и даже, будучи комендантом Смоленска, едва не был по недоразумению расстрелян своими же после падения города. Но к счастью, удалось избежать этой роковой ошибки. Пётр Фёдорович блестяще проявил свои военные способности в последующих сражениях.
— Герой Советского Союза Маршал Советского Союза Баграмян И.Х.
В 1937 году Малышев был арестован и находился под следствием до 1940 года. После восстановления в армии служил заместителем командира 64-й стрелковой дивизии и был военным комендантом Смоленска в начале Великой Отечественной войны. В июле 1941 года приказал взорвать мосты через Днепр, задержав продвижение немецких войск, но был арестован за несанкционированный взрыв. В марте 1942 года был освобождён и назначен командиром 217-й стрелковой дивизии, а позже — заместителем командующего 16-й армией.
В 1943 году вступил в ВКП(б) и командовал 8-м гвардейским стрелковым корпусом, участвовал в Орловской, Брянской и Городокской наступательных операциях. В декабре 1943 года был назначен командующим 4-й ударной армией, которая участвовала в операции «Багратион» и отличилась в Полоцкой наступательной операции. Во второй половине 1944 года армия принимала участие в ряде наступательных операций в Прибалтике.
После войны Малышев продолжал службу на различных командных должностях, окончил высшие академические курсы и служил в Белорусском, Восточно-Сибирском, Южно-Уральском и Приволжском военных округах. В 1959 году вышел в отставку и умер 10 декабря 1972 году в Москве, похоронен на Востряковском кладбище.
