Тогда на его небольшую группу истребителей неожиданно налетели 6 Ме-109 из JG 52. Сразу же 2 “Яка” вышли из строя. Командир полка в паре с Лейтенантом А. И. Колдуновым завязал воздушный бой. Внезапно его самолёт атаковала сверху – сзади подошедшая ещё одна пара “Мессеров”. С большим углом его “Як” стал пикировать. Видимо, пилот пытался овладеть машиной. В 300 метрах от земли Пётр Михеевич выпрыгнул с парашютом, но парашют порвался, зацепившись за хвостовое оперение истребителя. С нераскрывшимся полностью парашютом лётчик упал на берег Днепра, и умер от ран и сильных ушибов.
Похоронен возле воинского мемориала на Капустяном кладбище в Запорожье.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 26 ноября 1944 года за 299 боевых вылетов, 17 сбитых самолетов противника и проявленные при этом доблесть и мужество подполковнику Петру Иванову присвоено звание Героя Советского Союза (посмертно).
Именем П.М. Иванова названа улица в Запорожье.