広島1年目の2009年は開幕一軍でスタート。本職の遊撃手の他に守備固めでの三塁手起用もされる。横浜時代の応援歌が親しみやすく人気があったため、横浜応援団の計らいもありカープへの移籍後も広島応援団が引き続き使用した。7月4日の横浜戦にて、横浜スタジアムで通算100本塁打達成。2202試合目での達成は出場試合数で史上最遅の記録であった（従来の記録は東映・毒島章一の1773試合。またプロ在籍年数ではヤクルト・八重樫幸雄と並ぶ21年目で、最遅タイ）。移籍後の横浜スタジアムでの試合では、石井が打席に立つ際に横浜ファンも応援に参加し、球場全体から大声援が送られるという光景が見られ、100号本塁打達成時は両スタンドから賞賛の拍手と歓声が送られた。7月17日の横浜戦では、吉田義男（阪神）を抜き日本歴代最多となる遊撃手としての通算1731試合出場を達成。シーズン前半は梵英心、後半は小窪哲也と併用され出場試合数と打撃成績は前年を下回ったが、一年を通して一軍でプレーした。2010年も年間を通して一軍に定着。スタメン出場は少ないものの打率は3割を超えた。この年の契約更改では200万円アップの年俸2700万円（推定）で契約し、広島移籍後は2年連続で年俸アップを勝ち取った。2011年シーズンオフに右膝のクリーニング手術を受ける。2012年から一軍野手コーチ兼任となって6月まで代打を中心に試合に出場。同年7月9日に選手登録を抹消され、コーチ専任となって一軍に帯同していたが、8月27日記者会見を開き、2012年シーズン限りでの現役引退を表明した。同年シーズン本拠地最終戦の9月30日の対阪神戦（マツダスタジアム）、引退試合として1番・遊撃手で先発出場。現役最後の安打を含む2安打を放つ。その後も一軍登録は抹消されずに10月7日の対ヤクルト戦（神宮）では9回に代打で出場（結果は右飛）。翌10月8日、シーズン最終戦となった古巣の対横浜DeNAベイスターズ戦（横浜スタジアム）では試合前に引退セレモニーが行われ、かつてのチームメイトの三浦大輔と金城龍彦から花束を受け取り、両チームのファンによる応援歌の合唱が行われた。試合では1番・遊撃手として先発フル出場し、現役最終打席はセンターフライとなった。石井を最後にドラフト外で入団した選手はすべて姿を消した。
通説では尾藤知宣（重直）の舎弟とされるので、父は尾藤重吉（源内）であろう。ただし系図には名前が記されておらず、甥や従兄弟の可能性もある。いずれにしても近親者か縁者と考えられる。尾藤重吉と兄弟と思われる重房（又八、又八郎）は織田家家臣の森可成に仕えていて、『信長公記』に、元亀元年（1570年）9月19日に近江国坂本で可成と共に討ち死にしたことが書かれている。（宇佐山城の戦い）一説に、真田昌幸の正室・山手殿（寒松院）は頼忠の長女とされてきたが、これには異説があって確かではなく、近年ではやや疑問視されている。知宣は羽柴秀吉に仕え、黄母衣衆に列して次第に重用される。頼忠も同様に秀吉に伺候した。天正5年（1577年）正月12日の『竹生島奉加帳』には尾藤二郎三郎として、甚右衛門知宣と同額（銭200文）を宝厳寺に寄進している。この寄進には石川光政（杢兵衛）の名も見られるが、後に頼忠の女婿となる頼明は一説にはその弟で、同輩であった。天正6年か7年頃、同じ秀吉家臣の石田三成に娘（皎月院）を嫁がせた。天正13年（1585年）、豊臣秀長が大和国を加増され、大和郡山城に入ったのに従う。いつから秀長付きの家臣になったかはわからないが、その家臣団の中では藤堂高虎に次ぐを家老の地位を占めた。天正15年（1587年）、九州の役における失態によって知宣が秀吉の不興を買って改易されて追放され、後に小田原征伐の時に斬殺されると、頼忠は妻の姓に改姓。また時期は不明であるが、甥（尾藤知宣の子）の頼次は、真田昌幸の五女（趙州院）を娶った。文禄4年（1595年）、豊臣秀保が亡くなり断絶後、秀吉の直臣に戻った。大和国・河内国内で、1万3,000石を知行する。慶長3年（1598年）8月、慶長の役で敵が蔚山に迫ったとの知らせを聞いて、秀吉は親征を行うと、頼忠を毛利輝元・増田長盛・多賀谷三経らと先発させようよしたが、秀吉は亡くなり、蔚山城の戦いも勝ったという知らせが届いたので、伏見に留まって出征することはなかった。秀吉の死後は女婿の石田三成の許に身を寄せた。頼次は三成の猶子となり、石田刑部少輔を称した。慶長5年（1600年）、関ヶ原の戦いでは、三成の居城であった近江佐和山城に三成の父・正継、三成の兄・正澄らと留守居。敗戦後の9月17日に東軍の小早川秀秋・田中吉政・井伊直政・石川康通・脇坂安治らに城を攻撃されたが、城の守りは堅かった為、手をこまねいた井伊直政が主な者が城外に出て切腹すれば城兵の助命を約束すると偽り、石田一族（頼次を含む）の自害に続いて、頼忠と子の河内守（頼重）親子も親族の尾藤善四郎の介錯で自害したが、小早川・石川・脇坂らの兵がこの取り決めを守らずに執拗に攻撃を続けて城は落城し、善四郎らは戦って斬り死にした。