Родился 9 сентября 1919 года в селе Митченки (ныне Бахмачского района Черниговской области Украины). В 1937 году окончил Конотопский педагогический техникум и некоторое время работал учителем в школе.

С августа 1938 года – в Красной армии. В 1940-м окончил Московское военно-техническое училище НКВД СССР имени Менжинского. Был направлен командиром взвода связи в 16-й оперативный пограничный полк Западного пограничного округа. Затем проходил службу на 13-й пограничной заставе 97-го пограничного отряда на Украине.

Война застала его в 4.00 22 июня 1941 года на западной границе. Всего шестьдесят бойцов вступили в схватку с целым вражеским полком и погибли в неравном бою. Пётр Брайко героически сражался на заставе, затем с уцелевшими пограничниками более месяца выходил из окружения. Преодолев свыше 500 километров, перешел линию фронта под Киевом и в августе 1941 года был зачислен в 4-й Краснознаменный мотострелковый полк имени Дзержинского НКВД СССР, охранявший украинское правительство. Его назначили командиром роты связи. Затем он оказался и в печально знаменитом Киевском окружении. По приказу командования Юго-Западного фронта полк, вместе с другими пограничными частями, должен был обеспечить прорыв 21-й, 5-й, 37-й, 26 и 38-й армий из вражеского окружения.

Прорыв бойцы обеспечили, но сами оказались на захваченной врагом земле. 4-й полк, а точнее, его два батальона со всеми службами (3-й батальон выводил из окружения членов ЦК партии и украинское правительство), 30 сентября был почти целиком расстрелян гитлеровцами из засады при форсировании реки Трубеж у станции «Барышевка». И здесь смерть обошла воина стороной. Даже упавший у ног лейтенанта немецкий снаряд почему-то не разорвался. Однако в Киевском котле в сентябре 1941 года почти все советские воины погибли. Брайко был ранен, скрывался у местных жителей, неоднократно его арестовывали. Но ему удавалось бежать, в том числе из Дарницкого лагеря военнопленных.

В феврале 1942 года, после очередного побега, попал в Путивльский партизанский отряд Сидора Артемьевича Ковпака. Сначала был зачислен рядовым бойцом, затем командовал взводом, ротой, был начальником разведки. В 1943 году стал начальником штаба, входившего в соединение Ковпака Кролевецкого партизанского отряда, потом командовал этим отрядом. В 1944 году Петра Брайко назначили командиром 3-го полка 1-й Украинской партизанской дивизии. Возглавлял проведение свыше 100 боевых операций. Участвовал в семи походах по тылам врага. За время рейда по западным областям Украины и восточным воеводствам Польши полк уничтожил сотни гитлеровцев и пустил под откос 4 вражеских эшелона. В поселке Мир (Кореличский район Гродненской области) полк разгромил 9 маршевых батальонов противника.

Пётр Евсеевич Брайко писал: «Всякий раз, думая о Великой Победе, я невольно, с болью и горечью в душе, размышляю, прежде всего, о том, какой ценой досталась она нашему народу.

И еще я всегда думаю, вернее, радуюсь тому, что мне (всем смертям назло!) удалось не только уцелеть, но и немало сделать, чтобы приблизить победу над врагом. Хотя в ходе самой жестокой битвы я мог погибнуть множество раз.

…Я всегда считал и считаю, что любой командир от сержанта до маршала должен и обязан постоянно думать не только о том, как победить врага, но и о том, как сохранить, уберечь жизни своих подчиненных.

Так всегда поступали и учили нас наши командир Сидор Артемович Ковпак и его комиссар Семён Васильевич Руднев. Так поступал я сам, в какие бы непредсказуемые переплеты ни попадал. Именно поэтому гитлеровское командование на уничтожение полутора-двух тысяч ковпаковцев вынуждено было бросить более двухсотпятидесяти тысяч карателей (25 отборных дивизий), но уничтожить их так и не смогло!»

7 августа 1944 года Петру Евсеевичу Брайко присвоено звание Героя Советского Союза.

18 октября 1948 года Герой был арестован по обвинению в антисоветской деятельности, по статье 58 его лишили воинских наград и осудили на 10 лет. 24 октября 1953-го полностью реабилитирован, с восстановлением наград (Указ Президиума Верховного Совета СССР от 2 января 1954 года). В январе 1954 года был вновь зачислен слушателем Военной академии имени М.В. Фрунзе, по окончании которой его направили во внутренние войска МВД СССР заместителем командира войсковой части 7576 в Москве. Затем в 1959 году он возглавил внутренние войска МВД Казахской ССР.

После увольнения в запас (1960) окончил Литературный институт имени Максима Горького (1968) и создал более 20 художественных произведений по исторической тематике. Участвовал в общественной работе Совета ветеранов.

Скончался 7 апреля 2018 года в возрасте 99 лет. Похоронен на Троекуровском кладбище в Москве.