Родился 15 июля 1921 в деревне Выхино (ныне в черте Москвы). Окончил 7 классов и школу фабрично-заводского ученичества (ФЗУ) при московском заводе "Серп и молот", затем работал токарем и аппаратчиком-электриком на этом заводе. С 1935 года учился в аэроклубе Пролетарского района Москвы. С 18 марта 1940 года в рядах Красной Армии, призван Ухтомским РВК (Московская область). В 1941 году окончил Борисоглебскую военную авиационную школу лётчиков и был оставлен в ней инструктором-лётчиком.

С 18 сентября 1942 года младший лейтенант П. М. Вострухин в действующей армии в составе 271-го ИАП (в марте 1943 года преобразован в 64-й Гвардейский ИАП), летал на Як-7 (некоторое время на самолёте "Балашовский колхозник"). Сражался на Калининском, Северо-Западном, Брянском фронтах.

К середине марта 1943 года старший лётчик 271-го истребительного авиационного полка (274-я истребительная авиационная дивизия, 1-й Гвардейский истребительный авиационный корпус, 3-я Воздушная армия, Калининский фронт) младший лейтенант П. М. Вострухин совершил 83 боевых вылета, участвовал в 28 воздушных боях, сбил лично 12 и в группе - 3 самолёта противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 мая 1943 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда".

19 июля 1943 года командир звена 64-го Гвардейского истребительного авиационного полка (4-я Гвардейская авиационная дивизия, 15-я Воздушная армия, Брянский фронт) Гвардии лейтенант П. М. Вострухин погиб в воздушном бою у деревни Алёшня Залегощенского района Орловской области (по воспоминаниям Героя Советского Союза Муравьёва Павла Игнатьевича "после боя на вынужденную сел, из самолёта вышел и попал под миномётный обстрел"). К тому времени выполнил более 100 боевых вылетов, провёл более 40 воздушных боёв, в которых сбил 16 самолётов противника лично и 3 в составе группы.

Похоронен в селе Моховое в школьном саду. На могиле Героя установлен бюст. Также бюст и мемориальная доска установлены на улице его имени в Москве. На территории завода "Серп и молот" установлен памятник. Имя Героя носят Московский колледж автоматизации и радиоэлектроники № 27, оздоровительный летний лагерь московского завода "Серп и молот", улицы в Москве и в селе Моховое. На здании Московского государственного вечернего металлургического института установлена мемориальная доска.

Награждён орденами: Ленина (01.05.1943), Красного Знамени (06.02.1943, 19.07.1943), Отечественной войны 2-й степени (23.02.1943), Красной Звезды (19.03.1943).