Пётр Дмитриевич родился 23 июня 1924 года в селе Пестерево Переславского района Ярославской области. В 1942 году он ушел на фронт. В сентябре 1943 года участвовал в Донбасской наступательной операции в составе отдельного гвардейского минометного дивизиона, в которой служил в должности разведчика. За мужество, стойкость и храбрость в бою ему была вручена награда – орден Красной Звезды.
27 марта 1945 года гвардии рядовой Ермолаев находился в районе города Иене на реке Заале (Германия), где обнаружил скопление танков и реактивной артиллерии противника. Не теряя ни минуты, под обстрелом пробрался на наблюдательный пункт и сообщил координаты выявленных целей. В результате была уничтожена батарея шестиствольных минометов, сожжено 4 автомашины с живой силой противника. За данный подвиг награжден орденом Отечественной войны II-й степени.
С 1947 по 1977 годы Пётр Дмитриевич Ермолаев служил в милиции. Он прошел путь от оперуполномоченного до заместителя начальника управления уголовного розыска УВД Ярославской области. Награжден знаком «Заслуженный работник МВД».