Родился в крестьянской семье, окончил 5 классов. В 1930 году переехал в Челябинск. Работал автогенщиком в трамвайном парке, на Челябинском тракторном заводе, милиционером. В 1936—1938 годах прошёл срочную службу в Красной Армии, участвовал в боях на озере Хасан, был награждён медалью «За отвагу».
С 29 ноября 1941 года на фронтах Великой Отечественной войны. С 1942 года член ВКП(б).
В бою под деревней Кривцово 17 марта 1943 года огнём миномёта уничтожил два вражеских станковых пулемёта, за что был награждён медалью «За боевые заслуги».
29 сентября 1943 года после 30-километрового марша, несмотря на атаки авиации противника, старшина Твердохлебов, будучи командиром миномётного расчёта 120-мм миномёта 151-го стрелкового полка 8-й стрелковой дивизии13-й армии Центрального фронта, умело организовал переправу через Днепр в районе села НавозыЧерниговского районаЧерниговской области, доставив на правый берег личный состав, лошадей и технику батареи. За обеспечение выполнения боевой задачи в срок был удостоен звания Героя Советского Союза. В боях за захваченный плацдарм расчёт Твердохлебова уничтожил большое количество живой силы и техники противника.
После окончания войны, в 1945 году, в звании младшего лейтенанта вышел в запас. Жил и работал в Жигулёвске.
Скончался в 1952 году. Похоронен на городском кладбище Жигулёвска, над могилой шефствует Жигулёвская воспитательная колония[1].
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1988. — Т. 2 /Любов — Ящук/. — 863 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00536-2.
Бундюков А. Т., Кравченко М. В. Сыновняя верность Отчизне. — Одесса, 1982. — С. 258—260.
Бессмертен подвиг их высокий: (Герои Совет. Союза Челяб. обл.): Библиогр. указ. / Сост. Л. И. Булатова. Ч., 1985.
