В 1757 году был записан на военную службу. В чине полковника участвовал в первой русско-турецкой войне, командовал 2-м Московским пехотным полком. За храбрость, проявленную в сражении при Гирсове 3 сентября 1773 года, был награждён орденом Св. Георгия 4-й степени, «когда неприятель в числе 11-тысячного корпуса сделал сильное покушение, то Гагарин с полком своим, встретив его пушечными и ружейными выстрелами, привел в замешательство и обратил в бегство».
Умер после продолжительной болезни 2 (13) декабря 1789 года, прожив всего 42 года. По поводу его смерти граф К. Г. Разумовский писал сыну[1]:
Вчера здесь скончался князь Гагарин, оставя в прежалком состоянии молодую жену и детей в превеличайших долгах; он всеми любим был и сожалеем; они вам очень знакомы и в Петровском часто бывали.
Гагарин был известен как поэт и переводчик, входил в окружение Ю. А. Нелединского-Мелецкого, Н. П. Николева и Д. П. Горчакова, служившего в 1770-х годах его адъютантом. Произведения Гагарина были изданы после его смерти в журналах «Чтение для вкуса» (1792-1793), «Приятное и полезное» (1794-1796) и «Аониды» (1798-1799)[2]. Он перевел с французского языка «Опыт чувствительности, или Письмо одного персиянина из Лондона к другу его живущему в Испании».
Князь Павел Гагарин был женат на Татьяне Ивановне Плещеевой (26.09.1761—27.12.1800[3]), дочери премьер-майора Ивана Васильевича Плещеева, сестре вице-адмирала Сергея Плещеева. По отзывам современников, была красавицей и «просто совершенством», в молодости её «нежно и пламенно любил и воспевал» поэт Ю. А. Нелединский-Мелецкий[4]. Похоронена в Донском монастыре. В браке родились:
Софья Павловна (1785—1860), фрейлина, с 1804 года жена князя А. П. Оболенского (1769—1852).