В течение 12 лет после окончания академии Дмитрий Борисович Павлов служил в войсках на инженерных и летных должностях. Экстерном в 1962 г. получил штурманскую специальность. Военный штурман 1-го класса (1964 г.) с личным опытом боевого применения управляемых и неуправляемых средств поражения в составе экипажа современных самолетов дальней авиации.

Кандидатскую диссертацию Д. Б. Павлов защитил без отрыва от службы в войсках в 1968 г. С 1969 г. проходил службу на факультете авиационного вооружения. Высококвалифицированный педагог и методист, является автором научных исследований, посвященных решению проблем и перспективам повышения эффективности летательных аппаратов различного назначения. Один из авторов визуально-маневренного метода целеуказания для специализированных ракет ближнего воздушного боя, внесший решающий вклад в его обоснование и реализацию, автор теории и алгоритмов инверсного моделирования процессов движения динамических систем определенных классов.

Автор более 100 научных трудов и нескольких изобретений, защищенных авторскими свидетельствами.

После увольнения из рядов Вооруженных Сил работал профессором авиационного вуза.

Награжден орденом Красной Звезды и многими медалями.