Родился 17 июня 1900 в селе Альведино (Әлбәдән) Лаишевского уезда Казанской губернии (ныне Пестречинский район Республики Татарстан). По национальности татарин.

Оборона Брестской крепости и плен

После нападения немцев на крепость майор Гаврилов возглавил группу бойцов из 1-го батальона своего полка и мелких разрозненных подразделений 333-го и 125-го стрелковых полков, во главе которой сражался на валу у Северных ворот Кобринского укрепления; затем возглавлял гарнизон Восточного форта, где с 24 июня сосредоточились все защитники Кобринского укрепления. Всего у Гаврилова было около 400 человек с двумя зенитными орудиями, несколькими 45-мм пушками и четырёхствольным зенитным пулемётом.

После общего штурма 30 июня, предпринятого немцами и окончившегося захватом Восточного форта, Гаврилов с остатками своей группы (12 человек с четырьмя пулемётами) укрывается в казематах.

Оставшись один, 23 июля тяжело раненым попадает в плен.
По описанию лечившего его в госпитале доктора Вороновича:
 "... пленный майор был в полной командирской форме, но вся одежда его превратилась в лохмотья, лицо было покрыто пороховой копотью и пылью и обросло бородой. Он был ранен, находился в бессознательном состоянии и выглядел истощённым до крайности. Это был в полном смысле слова скелет, обтянутый кожей. До какой степени дошло истощение, можно было судить по тому, что пленный не мог даже сделать глотательного движения: у него не хватало на это сил, и врачам пришлось применить искусственное питание, чтобы спасти ему жизнь. Но немецкие солдаты, которые взяли его в плен и привезли в лагерь, рассказали врачам, что этот человек, в чьём теле уже едва-едва теплилась жизнь, всего час тому назад, когда они застигли его в одном из казематов крепости, в одиночку принял с ними бой, бросал гранаты, стрелял из пистолета и убил и ранил нескольких гитлеровцев."

Содержался в лагерях Хаммельбург и Равенсбрюк до мая 1945 года. В плену сблизился с генералом Карбышевым.

После войны

После освобождения из немецкого плена П. М. Гаврилова исключили из ВКП(б), ввиду утраты партбилета. Однако, восстановленный в прежнем воинском звании, осенью 1945 года он был назначен начальником советского лагеря для японских военнопленных в Сибири, где получил несколько благодарностей по службе (считается, что он предотвратил эпидемию тифа среди японских военнопленных, а также пресекал злоупотребления со стороны японских офицеров)[3].

В 1946 году Гаврилов был арестован и отправлен в ГУЛАГ, где содержался до 1955 года. После освобождения уехал в Татарию, а затем в Краснодар, где нашёл жену и сына, с которыми не виделся с первого дня войны[3][4][5].

После выхода на радио в 1955 году цикла передач под названием «В поисках героев Брестской крепости», их автором — Сергеем Смирновым — в 1956 году была написана, и в 1957 году издана книга «Брестская крепость», в которой был показан подвиг гарнизона крепости в 1941 году. Благодаря этому П. М. Гаврилов восстановил членство в партии и был представлен к награде.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 30 января 1957 года за образцовое выполнение воинского долга при обороне Брестской крепости в 1941 году и проявленные при этом мужество и героизм Гаврилову Пётру Михайловичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 10807)[3].

Впоследствии Гаврилов совершил ряд поездок по СССР, активно занимался общественной работой. С 1968 года до конца жизни жил в Краснодаре в доме 103 на Светлой улице (в 1980 году она была переименована в улицу Гаврилова).

Скончался Пётр Михайлович Гаврилов в Краснодаре 26 января 1979 года. Он был похоронен с воинскими почестями на гарнизонном мемориальном кладбище Бреста.