В 1900 г. Павлов отошел от работы непосредственно на производстве и занялся преподаванием, не оставляя при этом научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности. Его лекции в Высшем горном училище пользовались популярностью среди студентов. По воспоминаниям современников, кроме глубокого теоретического и практического знания своего предмета Павлов обладал завидным умением ярко и увлекательно рассказывать слушателям о сложных процессах получения чугуна и стали.Большое внимание он уделял разработке и изданию учебных материалов. Именно в этот период увидели свет упоминавшийся выше «Атлас чертежей по доменному производству», а также «Альбом чертежей по мартеновскому производству» (1904). Оба труда содержали большое количество таблиц и краткие пояснения автора, написанные на русском и основных европейских языках. Изданий, аналогичных атласам Павлова, до того времени не существовало нигде в мире, поэтому они стали необходимым пособием не только для студентов, но и для инженеров-металлургов как в нашей стране, так и за ее пределами.
Период между переездом в Петербург и началом Первой мировой войны(1904—14) был для Павлова самым плодотворным с точки зрения научно-исследовательской деятельности. В эти годы увидели свет все его основные труды, внесшие заметный вклад В развитие теории и практики металлургии. В 1910 г. он опубликовал две работы,
в которых рассмотрел проблему размеров доменных и мартеновских печей и их определения.Тщательно проанализировав конструкции и производственные показатели многих десятков металлургических печей, как отечественных, так и зарубежных,
и сопоставив многочисленные опытные и расчетные данные, он разработал оригинальный способ определения оптимальных соотношений различных элементов основных металлургических агрегатов, позволяющих достичь максимального производственного эффекта. В дальнейшем этот способ получил широкое применение при проектировании печей.
К этому же периоду относятся основополагающие работы Павлова по теории и практике доменного производства: «Тепловые балансы металлургических процессов» (1911) – книга, которая в течение многих лет оставалась основным пособием при составлении тепловых расчетов металлургических процессов, и «Расчет доменных шихт» (1914), в которой были предложены оригинальные методы определения оптимальных соотношений загружаемых в доменную печь сырых материалов – руды, топлива и флюсов.
