17. června 1889 se v [[Petrohrad|Sankt Petersburgu]] oženil s princeznou [[princezna Alexandra Řecká a Dánská (1870)|Alexandrou Řeckou]], která mu porodila dvě děti: velkokněžnu [[Marie Pavlovna|Marii]] (1890–1958) a velkoknížete [[Dmitrij Pavlovič|Dmitrije]] (1891–1942). Alexandra zemřela šestý den po narození Dmitrije. Neopatrným krokem do čekající loďky vyvolala předčasný porod, Dmitrij se narodil pár hodin po této nehodě. Alexandra upadla do kómatu, ze kterého se již neprobrala.