1879年冬，巴甫洛夫在軍事醫學院畢業後留校進修。同年12月19日獲醫學博士學位。1883年，巴甫洛夫成為軍事醫學院的生理學講師。翌年，他赴德留學。1886年回國以後，他發現了管製胰腺分泌的神經，完成了假喂飼的典型實驗，從而為他日後在消化係統方麵的研究打下了堅實的基礎。1890年，巴甫洛夫被任命為軍事醫學院藥物學係教授。同時他還擔任了實驗醫學研究所的生理學研究室主任，從事消化生理學的研究，其成果被集中收入他的重要著作《消化腺機能講義》中。這部著作成了全世界生理學家的指南，各國都競相譯介。1895年，塔爾克哈諾夫退休，巴甫洛夫轉到生理學係，領導該係工作，直到1925年，曆時30年之久。
巴甫洛夫的研究成果得到了世界的公認。1904年，為表彰巴甫洛夫在消化係統研究方麵的巨大成績，斯德哥爾摩卡羅琳醫學院把當年的諾貝爾生理學和醫學獎金頒發給他。他是俄國第一個享有這種榮譽的科學家，也是世界生理學家中第一個獲得這種獎金的人。1907年，他被選為俄國科學院通訊院士。1912年，英國劍橋大學授予他榮譽博士學位。
1919年，由於國內反革命匪徒的進攻和外國帝國主義的幹涉，年輕的蘇維埃共和國處在極其困難的境地。巴甫洛夫實驗室經常停電、停水。供實驗用的狗也因為沒有飼料也一隻一隻地餓死。鑒於巴甫洛夫科學實驗的巨大意義和他在工作中遇到的具體困難，1924年，為了慶祝巴甫洛夫75歲壽辰，蘇聯科學院建立了一所以他的名字命名的生理學實驗室；1929年，為了慶祝他的80歲誕辰，在列寧格勒附近的科爾圖什村，為他建立了一座生物研究站。1935年8月，巴甫洛夫以86歲高齡主持了在列寧格勒和莫斯科召開的第十五屆國際生理學大會，並榮獲“全世界生物學界元老”的光榮稱號。1936年2月27日，這位偉大的生理學家因患肺炎，心髒突然停止了跳動。直到逝世前不久，他還懷著巨大的熱情草擬了一份日後的工作計劃。這位可敬的老人為科學為人民真正戰鬥到了自己生命的最後一分鍾。
巴甫洛夫一生的貢獻是多方麵的。他的研究涉及生理學的各個部門：血液循環、消化、分泌、中樞神經係統高級部位的活動、身體機能的神經體液調節、勞動生理學、比較生理學、藥物學、實驗病理學和治理學等等。
巴甫洛夫從事科學研究60餘年，為人類作出了不可磨滅的貢獻，但這些輝煌成就的取得決非易事。他在科學上何以取得如此卓越的成就呢？
答案就是：巴甫洛夫在積累知識方麵養成了嚴格的循序漸進的習慣；養成了踏踏實實，一步一個腳印學風；養成了謹嚴和忍耐的習慣。要學會做科學上的打雜工作，要研究事實、對比事實、積聚事實。在研究、實驗、觀察的時候，不停留在事實的表麵上，力圖探求事物根源的奧秘，百折不撓地探求支配事實的規律。他的卓越的科學成就是值得驕傲的，但更值得人稱頌的是他那謙遜、質樸和真誠的品質。
要想登上科學的高峰，就應該具有吃苦、勤奮、百折不回、謙虛的治學精神。隻有具備了這樣的精神，你才有成功的可能。