Член КПСС с 1919. В Советской Армии с 1919. Окончил Омскую высшую кавалерийскую школу (1922), Военную академию им. М.В.Фрунзе (1928) и академические курсы при Военно-технической академии (1931). Участник 1-й мировой войны, рядовой. В Гражданскую войну воевал на Южном, Юго-Западном и Туркестанском фронтах командиром взвода, эскадрона и помощник командира кавалерийского полка. С 1928 командир кавалерийских, затем механизированных полков. Участвовал в боях на КВЖД. В 1934—36 командир — комиссар механизированной бригады. В 1936—37 добровольцем участвовал в Национально-революционной войне испанского народа 1936—39, командуя танковой бригадой. За боевые отличия Павлову было присвоено звание Героя Советского Союза. С ноября 1937 начальникк Автобронетанкового управления РККА. Участвовал в советско-финляндской войне 1939—40. С июня 1940 командующий войсками Белорусского Особого военного округа (c 11 июля 1940 Западный Особый военный округ). В первые дни Великой Отечественной войны командовал Западным фронтом. В сложных условиях начального периода войны, не имея регулярных и точных сведений о ходе боёв, состоянии своих войск, Павлов Дмитрий Григорьевич не сумел проявить должной твёрдости и инициативы в управлении войсками фронта. В связи с допущенными просчётами в руководстве войсками был отстранён от занимаемой должности. Депутат Верховного Совета СССР 1-го созыва. На 18-м съезде ВКП(б) избирался кандидатом в члены ЦК ВКП(б). Награждён 3 орденами Ленина, 2 орденами Красного Знамени. Лит.: Голубев Е.П. Боевые звезды. Ярославль, 1972, с. 10—18.