Vaarwel Pavel speelt zich af in twee steden. In Rotterdam volgen we de Russische verslaggever Alexej Petrov. Hij verblijft in een pover hotelletje voor een onderzoek naar Russische, aan de ketting gelegde schepen en schrijft een artikel over vrouwenhandel. Zijn contact met een Russische prostitituée brengt hem in moeilijkheden als hij voor haar een vals paspoort probeert te regelen. Terwijl Alexej in het westen verstrikt raakt in een crimineel web, verlangt in St. Petersburg Alexej's 14-jarige zoon Pavel naar zijn vader en zet hij zijn eerste schreden op het liefdespad. De gebeurtenissen in beide steden lopen bijna parallel, maar worden verteld vanuit verschillende tijdsperspectieven. Na verloop van tijd treedt er een verschuiving op. Voor Pavel, die op weg is naar volwassenheid, loopt de tijd steeds vlugger, terwijl voor Alexej, die zich steeds meer bedreigd voelt, de tijd lijkt stil te staan.

Het Sovjet commando beschikt over alarmerende informatie over de nieuwe uitvinding van de vijand. Volgens inlichtingendiensten hebben de nazi's een partij nieuwe chemische granaten, gevuld met gas met een enorme vernietigende kracht, afgeleverd aan een van de delen van het Oostfront. De nazi’s willen ze testen in gevechtsomstandigheden, en ze vervolgens op grote schaal toepassen.