После выпуска направлен в авиацию Военно-морского флота СССР , с декабря 1936 — младший лётчик-наблюдатель в 27-й отдельной авиационной эскадрилье ВВС Балтийского флота. С сентября 1937 года - штурман звена, а с апреля 1938 года — штурман эскадрильи ВВС Балтийского флота. В декабре 1939 — марте 1940 года участвовал в Зимней воне, совершил 10 боевых вылетов. С апреля 1940 года — флагманский штурман 3-й эскадрильи ВВСР Балтийского флота.
В 1940 году вступил в члены ВКП(б).
Участвовал в Великой Отечественной войне с июня 1941 года. Начальник штурманской службы — флагштурман 1-го минно-торпедного авиационного полка Xохлов П. И. в ночь на 8 августа 1941 года в составе флагманского экипажа бомбардировщика "Ил-4" командира авиаполка Героя Советского Союзаполковника Преображенского участвовал в первых бомбардировочных налётах советско авиации на столицу гитлеровской Германии — город Берлин.
За образцовое выполнение боевых заданий Командования на фронте борьбы с германским фашизмом и проявленные при этом отвагу и геройство Указом Президиума Верховного Совета СССР от 13 августа 1941 капитану Хохлову Петру Ильичу присвоено звание Героя Советского Союза.
Всего за август 1941 года капитан Хохлов выполнил 6 бомбовых рейдов на Берлин и другие объекты на германской территории. Продолжал активно участвовать в боях при обороне Ленинграда и в рейдах на промышленные центры и военно-морские базы на территории Финдляндии, а также в Нарве и Таллине.
В июне 1943 года переведён на Черноморский флот и назначен флагманским штурманом 63-й авиационной бригады.
С июня 1944 года — флагштурман Управления ВВС Северного флота. На Баренцовом море участвовал в обороне Заполярья.
На фронтах Великой Отечественной войны совершил 192 боевых вылета.
С декабря 1945 года учился на Академических курсах офицерского состава при Военно-морской академии имени К. Е. Ворошилова, которые окончил в 1946 году. Вновь служил флагштурманом Управления ВВС Северного флота (в феврале 1947 года должность именовалась: главный штурман ВВС флота), с неё в декабре 1948 года вновь уехал на учёбу.
В 1950 году окончил Высшую Военную академию имени Ворошилова.
С декабря 1950 года — Главный штурман ВВС ВМФ СССР.
Генерал-майор авиации (27.01.1951).
С марта 1953 — начальник штаба — заместитель командующего (с ноября 1954 начальник штаба — 1-й заместитель командующего) ВВС 4-го ВМФ. С февраля 1961 — начальник штаба авиации ВМФ. В январе 1971 года генерал-лейтенант авиации П. И. Хохлов уволен в отставку по болезни.
Жил в Москве. Автор нескольких книг мемуаров. Умер в 1990 году. Похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве
