1941年6月22日，纳粹德国按照“巴巴罗萨计划”对苏联发动突然袭击，苏德战争爆发。此时，24岁的帕夫利琴科正在基辅大学研读历史。她随即报名参军，获选为步兵队成员，加入苏联红军第25步兵师，红军军官本来想让帕夫利琴科担任战地护士，但帕夫利琴科对此明确拒绝，终于成为红军2000名女性狙擊手中的一员。