Pada 1898, ia mendaftar Classe De Perfection dan menjadi murid mantan balerina solo, Ekaterina Vazem. Saat memasuki tahun terakhir di Imperial Ballet School, ia mendapatkan banyak peran di perusahaan utama tersebut. Pavlova lulus di usia 18 tahun dan masuk Imperial Ballet sebagai coryphee, tingkatan awal penari balet.
Debut pertamanya diselenggarakan di Theater Mariinsky dengan karya berjudul ‘Les Dryades Pretendeus’ (The False Dryads) karya Pavel Gerdt. Ia mendapatkan banyak pujian dari berbagai kritikus, terutama sejarawan dan kritikus Nikolai Bezabrazov.
Gaya Pavlova yang terlalu enerjik membuatnya banyak melakukan kesalahan di atas panggung. Namun, gairah dan antusiasme yang terpancar dari ekspresinya membuat penonton bersimpati dan mengaguminya.
Ia menjadi murid kesayangan Petipa dan diajari langsung berbagai peran, seperti Paquita, Gissele, Queen Nisia dalam lakon 'Le Roi Candaule', dan Princess Aspicia dalam judul ‘The Pharaoh’s Daughter’. Pavlova dengan cepat berkembang. Pada 1902 ia menjadi danseuse, tiga tahun kemudian ia menjadi premiere danseuse. Setahun kemudian ia menjadi prima balerina. Ia memiliki banyak penggemar yang menamai mereka Pavlovatzi.
Pada 1901, Mathilde Kschessinska melatih Pavlova untuk menggantikan perannya dalam 'Nikya in La Bayadere'. Kschessinska tak rela menyerahkan peran tersebut kepada Pavlova dan meragukan keberhasilannya karena dianggap tidak menguasai teknik dengan baik. Namun, penonton menganggapnya berhasil memerankan pertunjukan tersebut dengan sempurna terutama di adegan The Kingdom of The Shades.
Pertunjukkannya yang terkenal adalah 'The Dying Swan' (Angsa yang Sekarat). Pavlova menjadi penari utama dalam karya dari koreografer dan penari Rusia, Mikhail Fokine itu. Saat pergelaran balet Rusia diadakan di Paris pada 1909, Pavolva bekerja dengan Sergei Diaghilev, kritikus seni dan penyelenggara pertunjukkan balet. Ia mendapat peran utama dalam 'The Firebid' karya Mikhail Fokine, namun Pavlova menolak peran itu karena kesalahpahaman dan memberikannya kepada saingannya, Tamara Karsavina.