Лётчик-испытатель, полковник, Герой Советского Союза (1937). В 1934–1938 гг. - пилот Енисейской авиагруппы Управления Полярной авиации Главсевморпути. 5 мая 1937 года на двухмоторном разведывательном самолёте Р-6 (АНТ-7) достиг Северного полюса. Полученные им в результате этого рекордного полёта данные позволили успешно осуществить посадку на Северном полюсе отряда тяжёлых транспортных самолётов и создать там дрейфующую полярную станцию "Северный полюс-1". С октября 1938 г. П. Головин работал на Московском авиазаводе № 22, испытывал серийные бомбардировщики. В 1939-1940 гг. - участник советско-финской войны, после её окончания вернулся к испытательской работе. 27 апреля 1940 г. погиб при испытании первого серийного самолёта — бомбардировщика СПБ (заводской номер № 2-1). Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (Старая территория, колумбарий, секция 5).
Рядом с ним похоронены члены его экипажа -
Добров Николай Георгиевич (1906-1940) - бортмеханик; и
Александров Константин Иванович (?-1940) - инженер.
