W pierwszej reprezentacji „Sbornej” zadebiutował za kadencji selekcjonera Gieorgija Jarcewa, 20 sierpnia 2003 roku w towarzyskim meczu z Izraelem (1:2), rozegranym w Moskwie. Po debiucie nie grał w kadrze narodowej przez ponad 2 lata. Powrócił do niej we wrześniu 2005, gdy selekcjonerem był Jurij Siomin. Wystąpił w trzech meczach eliminacji do Mistrzostw Świata w Niemczech: z Liechtensteinem (2:0), z Luksemburgiem (5:1) (strzelił w nim pierwszego gola w kadrze narodowej) i ze Słowacją (2:0). W latach 2006–2007 występował w kwalifikacjach do Euro 2008 i 17 października 2007 zdobył dwie bramki w spotkaniu z Anglią (2:1) przyczyniając się do awansu „Sbornej” na Mistrzostwa Europy.
Euro 2008 27 maja 2008 Pawluczenko został powołany przez selekcjonera reprezentacji Guusa Hiddinka do 23-osobowej kadry na Mistrzostwa Europy 2008. Tam został podstawowym zawodnikiem i stworzył atak z napastnikiem Zenitu Petersburg, Andriejem Arszawinem. W pierwszym grupowym spotkaniu z Hiszpanią (1:4) zdobył gola w 86. minucie. W kolejnym meczu, wygranym 1:0 z Grecją, Pawluczenko zagrał przez pełne 90 minut, podobnie jak w następnym ze Szwecją. W 24. minucie tego meczu strzelił gola, a Rosja ostatecznie wygrała 2:0. W 56.