В Петербурге семейная жизнь давалась нелегко. Серафима Васильевна вспоминала: «Не хватало денег, чтобы купить мебель, кухонную, столовую и чайную посуду, да и белья для Ивана Петрович, так как у него не было даже летней рубашки». Только любовь и взаимное уважение служили лекарством от этих невзгод. Павлов писал: «Серафима Васильевна на всю жизнь осталась преданной нашей семье, как я лаборатории».
Близких людей поражали удивительная работоспособность и энергия Павлова. Быстрым шагом, обгоняя даже извозчиков, он ходил в лабораторию больше 10 километров в одну сторону. Следуя в обратном направлении, Иван Петрович всегда возвращался домой к обеду. Нередко, когда шел интересный опыт, он снова отправлялся после обеда в академию. В этом случае домой возвращался часа в два ночи, а утром без опозданий являлся в лабораторию. Эту привычку он оставил на всю жизнь, и только лишь после 1916 г. стал иногда пользоваться трамваем или личным автомобилем, предоставленным ему Академией наук. И причиной тому была не старость, а хромота после перелома шейки бедра в 67 лет, когда вместо того, чтобы обходить канавы на разрытой мостовой, Иван Петрович перепрыгивал их! А после неудачного прыжка около часа ждал карету скорой помощи, подтянувшись руками на перекладинах высокого забора. Вот где пригодились занятия гимнастикой!
21 мая 1883 г. состоялась защита диссертации Ивана Петровича «Центробежные нервы сердца» на степень доктора медицинских наук. В письме к Серафиме Васильевне Павлов с горячностью описал ход защиты: «...вторым говорил Пильц. Говорил, сверх ожидания хорошо. Между прочим, ядовито сказал, что не может согласиться с моим замечанием о скудости нашей лаборатории: не скудна, дескать, та лаборатория, из которой выходят такие работы, как моя, — она сделала бы честь и отлично обставленным лабораториям и т.д. Заявил от лица всей клиники благодарность за помощь знанием и т.д. Наконец, Тарханов. Я не могу передать всей соли начавшегося спора... Но успокойся, моя миленькая. Твой Ванька... сверх ожидания, держал себя вполне с достоинством, без всякой суетни».
Павлов всецело был предан любимому делу. Нередко свои мизерные заработки Иван Петрович тратил на нужды исследовательской работы в своей лаборатории. Одно время ученому приходилось переживать полное безденежье, он был вынужден разлучиться с семьей и жил один в квартире своего приятеля. Ученики задумали ему помочь: пригласили Ивана Петровича прочесть им серию лекций об иннервации сердца и, собрав вскладчину деньги, передали ему, как будто на расходы по курсу. И ничего у них не вышло: он на всю сумму накупил животных для этого курса и себе ничего не оставил.
