Родился 19 августа 1919 года в Новониколаевске (ныне Новосибирск). 3ащитник. Мастер спорта.

С 1939 года служил в рядах Красной Армии, участник Великой Отечественной войны. В 1942-1943 годах воевал на Калининском фронте, в 1943-1944 годах – на Закавказском фронте, демобилизован в 1946 году. За мужество и героизм награжден орденом Отечественной войны II степени и медалью «За победу над Германией».

Начал играть в Новосибирске в 1936 году в юношеской команде «Динамо». В 1944-1947 годах выступал в клубных командах московского «Динамо» по хоккею с мячом.
В 1945-1947 годах играл в первой команде, в составе которой провел : в КС 7 матчей, в ЧЕМ - 16, в КМ - 12, 1 мяч. Обладатель Кубка СССР 1947 года. Второй (1946) и третий (1947) призер чемпионатов Москвы . Обладатель Кубка Москвы 1947 года, финалист Кубка 1946 года. Играл в «Динамо» Барнаул (1938/39) и «Динамо» Иркутск (1939-1941). Волевой, с бойцовским характером, цепко боролся за мяч, отличался умелым выбором позиции.

Отлично играл в хоккей в московском «Динамо» (1946-1956). Чемпион СССР 1947 и 1954 годов. Второй (1950 и 1951) и третий (1948, 1949, 1952, 1953, 1955 и 1956) призер чемпионатов. Обладатель Кубка СССР 1953 года, финалист Кубка СССР 1955 и 1956 годов. В чемпионатах СССР сыграл 149 матчей, забросил 45 шайб.

Играл во второй сборной СССР и сборной Москвы. Тренер хоккейной команды московского «Динамо» (1957-1962). Долгое время работал дипкурьером в МИДе.

Толмачев стоял у истоков хоккея с шайбой в СССР. В составе московского «Динамо», за которое он выступал с 1946 по 1956 год, Толмачев стал первым чемпионом страны в 1947 году. Был в числе первых, кто освоил дальний бросок по воротам. По окончании карьеры игрока Олег Васильевич поступил в школу тренеров. С 1957 по 1962 год работал тренером московского «Динамо». За время тренерской деятельности подготовил и воспитал в команде целую плеяду выдающихся мастеров, среди которых чемпионы Олимпийских игр, мира, Европы, такие как Виталий Давыдов, Борис Зайцев, Станислав Петухов, Юрий Крылов, Валентин Кузин и Павел Жибуртович.

По окончании спортивной карьеры работал тренером в «Динамо», дипкурьером в МИД СССР.