В субботу 21 июня 1941 года, за сутки до вторжения, Павлов и начальник штаба подведомственного ему округа В. Е. Климовских докладывали руководству о подозрительных передвижениях на границе, приближении к границе немецких колонн и демонтаж в ряде мест на границе проволочных заграждений. Аналогичные данные поступали из других военных округов. С наступлением вечера начальник Генерального штаба Жуков получил из Киевского особого военного округа важные сведения, переданные перебежчиком. Немецкий ефрейтор сообщил, что на рассвете германские войска перейдут границу и развяжут войну. Жуков немедленно доложил об этом в Кремль и вместе с наркомом обороны Тимошенко убедил Сталина в необходимости приведения войск в боевую готовность.
Ближе к полуночи была подготовлена директива Генерального штаба № 1, которая предписывала войскам округов
Вечером того же дня Павлов отправился в Дом офицеров в Минске на спектакль «Свадьба в Малиновке». В час ночи 22 июня ему позвонил нарком обороны Тимошенко и еще раз призвал не поддаваться на провокации:
После разговора с Тимошенко около двух часов ночи Павлов обзвонил командармов и собрал информацию о положении дел на границе и во вверенных им армиях:
В 3.30 снова позвонил Тимошенко и спросил, есть ли новости. Павлов сообщил, что связь с армиями налажена, соответствующие указания даны, и обещал наркому доложить обстановку после повторных переговоров с командармами. Меньше чем через час немецкие самолеты пересекли границу, вражеская артиллерия открыла огонь по позициям советских войск — началась война.
В первые часы войны приказов о конкретных действиях из Москвы не поступало. Только в 7.15 утра верховное командование передало директиву № 2 об уничтожении вражеских сил в районах, где они нарушили советскую границу. Но в эти часы управленческого вакуума на Западном фронте Павлов отдал приказ, который в полной мере показал смятение и разобщенность военного руководства в начале войны.
В 5.25 утра Павлов приказал: