In den 1920er Jahren diente er in der Schwarzmeerflotte. Von Februar 1938 bis April 1941 war er Stabschef der Schwarzmeerflotte. 1940 wurde er zum Konteradmiral befördert.
Zweiter Weltkrieg
Nach Beginn des Großen Vaterländischen Krieges wurde Charlamow am 20. Juli 1941 zum sowjetischen Militärattaché in London ernannt. In dieser Funktion blieb er bis Oktober 1944 und war an der Eröffnung der Zweiten Front beteiligt.[4][5][6] Am 20. November 1944 wurde er zum Stellvertreter des Generalstabschefs der Sowjetischen Marine ernannt.
Nachkriegszeit
Von 1946 bis Juni 1950 war er beim Generalstab der sowjetischen Marine in verschiedenen Funktionen tätig. Von 1950 bis 1954 kommandierte er die 8. Flotte innerhalb der von 1946 bis 1955 zweigeteilten Baltischen Flotte. Von November 1956 bis Mai 1959 kommandierte er die gesamte Baltische Flotte.
Im Mai 1959 wurde er zum Berater der chinesischen Volksbefreiungsarmee ernannt. 1971 wurde er aus dem aktiven Dienst in den Ruhestand entlassen. Von 1954 bis 1962 war er Volksdeputierter des Obersten Sowjets der UdSSR der 4. und 5. Legislaturperiode.
Er starb am 9. April 1983 und wurde auf dem Kunzewoer Friedhof in Moskau beigesetzt.