Родился 16.6.1913 в городе Харьков в семье рабочего. Русский. Член КПСС с 1939. Окончил 7 классов.

В ВМФ с 1931. Окончил в 1935 Военно-морское училище имени М. В. Фрунзе, в 1936 — Ейское военно-морское авиационное училище летчиков, в 1939 — авиационные КУКС.

Участник Великой Отечественной войны с июня 1941.

Штурман 5-го гвардейского минно-торпедного авиационного полка (1-я минно-торпедная авиационная дивизия, ВВС Черноморского флота) гвардии майор Толмачев к марту 1943 совершил 106 боевых вылетов на бомбардировку скоплений войск противника.

Звание Героя Советского Союза присвоено 24.7.43.

После войны продолжал службу в ВМФ. В 1952 окончил Военно-морскую академию. С 1958 полковник Толмачев — в запасе. Жил в Москве. Работал инженером на машиностроительном заводе.

Награжден 3 орденами Ленина, 2 орденами Красного Знамени, орденами Отечественной войны 1 степени, Красной Звезды, медалями.

Умер 19.11.1979.