За репрезентацију је дебитовао 2005. године. Од тада је сакупио 17 наступа и постигао је 7 голова. Најбољи наступ, према мишљењу многих, био му је онај против Енглеске 2007. у којем је постигао оба поготка за важну победу Русије над Енглеском 2 - 1. Тренер Гус Хидинк позвао га је на Европско првенство 2008 у Аустрији и Швајцарској. Пављученко је у првој утакмици против Шпаније постигао погодак за 3 - 1, но Шпанија је поразила Русију 4 - 1 хет-триком Давида Виље и поготком Сеска Фабрегаса.