Родился в 1923 году в селе Лозная Ровеньского района Белгородской области. Русский. Член ВЛКСМ. Герой Советского Союза (19.3.1944). Награжден орденами Ленина и Отечественной войны I степени.
Когда началась Великая Отечественная война, первым в семье Твердохлебовых ушел на фронт отец Иван Михайлович. Вслед за отцом солдатскую шинель надел старший сын Костя. А Илье шел тогда восемнадцатый, и он с группой архангельских комсомольцев уехал строить оборонительные сооружения в район Кандалакши.
Черед Ильи пришел в 1942-м, и его направили в военно-инженерное училище.
В начале марта 1943 года Илье Твердохлебову после окончания ускоренного курса училища, в котором он овладел сложным саперным делом, присвоили звание младшего лейтенанта. Молодой офицер попал в 28-й гвардейский отдельный саперный батальон 25-й гвардейской стрелковой дивизии 6-й армии Юго-Западного фронта, которая вела тяжелые бои южнее Харькова. Всего несколько месяцев воевал младший лейтенант Твердохлебов. Но воевал как настоящий гвардеец.
В конце сентября 1943 года 25-я гвардейская стрелковая дивизия вышла к Днепру. В ночь на 26 сентября передовые ее подразделения на подручных средствах вблизи села Войсковое Солонянского района Днепропетровской области с ходу начали форсировать реку. Важную роль в преодолении этой водной преграды сыграли бойцы саперного батальона. Под ураганным огнем артиллерии, минометов они сооружали из подручных средств плоты, переправляли на них бойцов и технику на правый берег.
Храбрость, самообладание и находчивость проявил в этой операции командир саперного взвода гвардии младший лейтенант Твердохлебов. Ему было приказано переправлять через Днепр первые группы бойцов дивизии. Сам взводный на плоту с пятью саперами оказался на другом берегу в числе первых. Саперы прежде всего быстро сняли вражеские мины и тем самым дали возможность десантникам расширить плацдарм. Когда же утром гитлеровцы начали контратаки, Твердохлебов со своими подчиненными, невзирая на смертельную опасность, быстро заминировал вражескими минами подступы к нашей обороне на плацдарме. Это сыграло важную роль в отражении контратак противника.
В течение дня гитлеровцы много раз пытались отбить плацдарм. Офицер-сапер вместе с пехотинцами несколько раз вступал в рукопашную схватку, а на минах, умело расставленных Твердохлебовым, подорвались несколько танков.
В конце дня гитлеровцы снова с яростью обрушились на плацдарм. Соотношение сил было в пользу противника. Контратака была отражена, но в этой схватке погиб Илья Твердохлебов.
За образцовое выполнение заданий командования при форсировании Днепра он был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза.
Похоронен в селе Васильевка Солонянского района Днепропетровской области.
В Архангельске на здании школы № 23 в его честь установлена мемориальная доска.
Литература:
Золотые Звезды северян. Архангельск, 1971. С. 205–208.
Навечно в строю. Альбом. Вып. 2. М., 1973. С. 156.