В 1828 году умерла Мария Фёдоровна; новым владельцем Павловска стал брат Николая I Михаил Павлович, а затем другой великий князь — Константин Николаевич. Ни они, ни другие члены царской семьи, в собственность которых перешли дворец и парк позднее, не заботились должным образом о дальнейшем благоустройстве и даже о сохранении всего, что уже было создано.
После Февральской революции 1917 года Временное правительство приняло решение о национализации дворцового имущества и устройстве музеев.
Большая группа известных деятелей русской культуры во главе с графом Валентином Зубовым, основателем и первым директором Всероссийского института истории искусств, обратилась к правительству с требованием создать особую комиссию по описанию и учёту художественных коллекций во всех дворцах Романовых, как в Петрограде, так и в пригородах. В Павловске подобную комиссию возглавил Александр Александрович Половцев, выдающийся знаток прикладного искусства. Половцев был поражён исключительной художественной целостностью дворца (ранее императорские дворцы были практически недоступны для историков-искусствоведов). В начале XX века во всём мире не существовало другого подобного ансамбля, выстроенного и украшенного за короткий отрезок времени (рубеж XVIII–XIX вв.). Атмосфера этого дворца оказывала такое влияние на посетителей, что им казалось, будто они попали из бурного XX века в тихий XVIII век. Взамен восковых свечей во дворце только-только начали проводить электричество. Именно в такой обстановке и началась систематизация художественных коллекций дворца.
После 25 октября 1917 года власть в России переходит в руки большевистского правительства. Принято специальное обращение к народу, в котором подчёркивалась необходимость спасения имущества Романовых для подъёма культуры трудящегося населения. Огромную роль в этом деле сыграл первый в ленинском правительстве народный комиссар просвещения А. В. Луначарский. В отличие от частично разграбленных уже в 1918 году Гатчины, Царского Села и Ораниенбаума Павловск в годы революции и Гражданской войны сравнительно не пострадал.
В 1940 году была проведена сверка числа музейных предметов в сравнении с 1919 годом. Выяснилось, что общее количество произведений искусства в пригородных дворцах сократилось в три-четыре раза. С 1926 года до начала 1930-х годов Павловск был закрыт и превращён в огромный аукционный склад. Только в конце 1930-х годов, когда Сталин понял, что без развития культуры, в том числе музейной, стране не выжить, начался постепенный отход от этой политики. Летом 1941 года началась Великая Отечественная война, к которой уже с 1936 года готовились и музеи. Существовал так называемый «план разгрузки», согласно которому предполагалось вывезти в город Горький примерно по одной тысяче художественных предметов из четырёх пригородных дворцов.
Все эвакуационные работы носили бессистемный характер. Спасение уникальных музейных ценностей легло на плечи небольших коллективов музейных работников. Но, несмотря на неразбериху и благодаря героическому труду сотрудников, к началу сентября 1941 года, то есть к моменту появления немецких войск под Ленинградом, удалось спасти основу коллекций и экспозиции, то, что можно было переместить, упаковать, погрузить. Тяжёлые вещи — например, скульптуры — прятали в тайники в парке или в подвале дворца, выстраивая затем фальшивые кирпичные стены.
Наиболее ценным экспонатом в Павловске считался туалетный набор Марии Фёдоровны. Его эвакуировали в первую очередь. От приезжавших во дворец военных и партийных руководителей постоянно поступали предложения сжечь вещи вместе с дворцом. Но всей работой по спасению коллекции Павловского дворца руководила только что назначенная новым директором Анна Ивановна Зеленова, которая и приняла на свои плечи все хлопоты по спасению дворца и произведений искусства. Она ушла из Павловска вместе с немногими оставшимися сотрудниками в сторону уже блокированного Ленинграда 16 сентября 1941 года. Немецкие мотоциклисты были тогда не более чем в полутора километрах от дворца. Для поиска и отправки в Германию произведений искусства немецкие войска имели в составе под Ленинградом особые зондеркоманды, которые сразу появились в Павловске. Отсюда, как и из других дворцов, было вывезено всё, представлявшее ценность. Сейчас музейные работники Павловского дворца числят в розыске более тридцати тысяч произведений живописи и декоративно-прикладного искусства. Надежд на их обнаружение сегодня уже практически нет.