По решению военного трибунала «за трусость, самовольное оставление стратегических пунктов без разрешения высшего командования, развал управления войсками, бездействие власти» был приговорен к высшей мере наказания. Его расстреляли ровно через месяц после нападения нацисткой Германии на СССР — 22 июля 1941 года.
События развивались следующим образом. 30 июня 1941 г. генерал армии Д.Г. Павлов был отстранен от должности и вызван Сталиным в Москву. Он сразу же прибыл в столицу. Встретился лишь с начальником Генштаба РККА генералом армии Г.К. Жуковым, который ничего определенного ему не сказал, а только передал приказ Сталина возвращаться «туда, откуда приехал», хорошо зная, что бывший командующий до штаба фронта не доедет.
4 июля по дороге в Гомель, где к тому времени размещался штаб Западного фронта, Д.Г. Павлов был арестован. Процесс ареста теперь уже бывшего командующего Западным фронтом и его команды контролировал один из любимцев Сталина, человек коварный и жестокий, начальник Главного политического управления РККА, армейский комиссар 1-го ранга, по совместительству член Военного Совета фронта и заместитель председателя Совнаркома СССР Л.З. Мехлис.
Эта расправа была ни чем иным, как попыткой Сталина переложить на военачальников всю вину за поражения в начале войны и тем самым сохранить в неприкосновенности собственную репутацию. Из опасения дать немцам хоть малейший повод к агрессии Сталин запрещал военному руководству Западного Особого военного округа самые элементарные действия по приведению войск в необходимую степень боевой готовности.
Это тот случай, когда результаты чужой некомпетентности, в частности, Верховного и Генерального штабов ВС СССР, перекладывались на плечи боевого генерала и его сослуживцев.
Надо отметить, что генерал Д.Г. Павлов был незаурядной личностью. Он внес солидный вклад в развитие танкостроения, в структуру и способы применения танковых соединений.
Так, лучший средний танк Второй мировой войны Т-34 был создан по заданию и требованию начальника Автобронетан-кового управления РККА комкора Д.Г. Павлова.
В период гражданской войны в Испании с 1936 по 1937 гг. он сражался на стороне республиканского правительства в качестве «советского добровольца». Был командиром танковой бригады и получил среди испанцев имя «Пабло», о смелости, мужестве и находчивости которого ходили легенды.
Исходя из опыта и знаний, полученных в ходе гражданской войны в Испании и борьбы против германских бронемашин, Павлов настоял на создании танков с дизельными двигателями, противоснарядным бронированием и пушками, способными пробивать стальные панцири неприятельской бронетехники.