Основные научные работы посвящены растениеводству, интродукции, селекции и радиобиологии растений. Учёный особое внимание обращал на проблемы кормопроизводства. Разрабатывал научные основы создания прочной кормовой базы в условиях Севера — вопросы рационального использования занятых паров, обогащения видового состава культурной флоры. Вывел ряд сортов и полигибридов сахарно-кормовой свёклы, впервые в СССР создал односемянный сорт кормовой свёклы. Провёл комплексные исследования действия повышенной естественной и искусственной радиации на различные компоненты природных биогеоценозов.
П. П. Вавилов считается главным виновником широкого распространения борщевика Сосновского, злостного и опасного (для жизни и здоровья человека) сорняка, на территории Европейской части бывшего СССР и восточноевропейских стран-членов СЭВ: ГДР, Болгарии, Венгрии, Польши, Чехословакии. Он защитил диссертацию по этому растению и считал, что урожайность его зелёной массы поможет восстановлению послевоенного сельского хозяйства.[3][4][5]
Член-корреспондент АНСССР (1979). Почётный доктор Польской сельскохозяйственной академии в г. Кракове (1978). Опубликовано около 450 научных трудов, в том числе 37 книг и брошюр. Ряд трудов опубликован за рубежом.
2 сентября 2015 года в г. Смоленске открыта мемориальная доска П. П. Вавилову как основателю Смоленского филиала Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.
Основные публикации
Вавилов П. П., Моисеев К. А. Выращивание кукурузы на силос в условиях Коми АССР. — Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1954. — 24 с.
Вавилов П. П., Моисеев К. А. Основные агротехнические приемы культуры кукурузы в Коми АССР. — Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1955. — 48 с.
Вавилов П. П. Силосные растения и их культура в Коми АССР / Коми филиал АН СССР. — Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1956. — 64 с.
Вавилов П. П., Заболоцкая Т. Г. Занятые пары в Коми АССР: (Некоторые итоги опытных работ). — Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1961. — 40 с.
Вавилов П. П., Чебыкина Н. В. Удобрения и урожай. — Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1962. — 48 с.
Вавилов П. П. и др. Растениеводство: Учеб. для студентов… по агрон. спец / В. В. Лукьянюк и др. — М.: Колос, 1975. — 590 с.(Учебник выдержал 5 переизданий)
Вавилов П. П., Доценко А. И. Памятка по возделыванию борщевика Сосновского. — М.: ТСХА, 1977. — 16 с.
Вавилов П. П. Наука — сельскому хозяйству. — М.: Знание, 1982. — 64 с. — (В помощь лектору. Б-чка «Союз науки и труда»). — 15 000 экз.
Вавилов П. П., Скоблина В. И. Урожайность: возможности роста. — М.: Знание, 1981. — 64 с. — (Новое в жизни, науке, технике; Сер. «Сельское хозяйство»; № 11). — 45 950 экз.
Вавилов П. П., Райг Х. А. Возделывание и использование козлятника восточного. — Л.: Колос, 1982. — 72 с. — (Библиотечка по производству кормов).
Петр Петрович Вавилов: библиография / Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева, Центральная научная библиотека; ред.: Н. Г. Андреев, М. И. Синюков; сост. З. В. Сатонкина. — Электрон. текстовые дан. — М., 1978. — 45 с. — (Материалы к биобиблиографии деятелей сельскохозяйственной науки). [2][3]
К 60-летию академика ВАСХНИЛ Петра Петровича Вавилова / Брежнев Д. Д., Андреев Н. Г., Синюков М. И. и др. // Вестник с.-х. науки. — 1978. — № 5. — С. 121—122.
Бабий Т. П., Коханова Л. Л., Костюк Г. Г. и др. Биологи: Биографический справочник / Отв. ред. Ф. Н. Серков. — Киев: Наукова думка, 1984. — 816 с. — 27 500 экз.
Забоева И. В., Попова О. Н., Швецова В. М. Петр Петрович Вавилов / Коми научный центр УрО РАН. — Сыктывкар, 1994. — 56 с. — (Люди науки; Вып. 7).
Пензенский край: Памятные даты на 1998 год. — Пенза, 1997.
Вавилов Петр Петрович (1918—1984): 90 лет со дня рождения / Вавилова Л. П., Князева Т. П. и др.; Российский гос. аграрный ун-т МСХА им. К. А. Тимирязева (Москва), Каф. растениеводства. — М.: [б. и.], 2008. 32 с. (Загл. обл. «Мера жизни — дело жизни»: Памяти Петра Петровича Вавилова).
Сидоренко О. Д. Мгновение жизни и максимум результатов // Тимирязевка. — 2014. — № 5-6. — С. 3.
Суровикина В. И. Свет Полярной звезды. Вавилов Петр Петрович. — Волгоград: Панорама, 2014. — 104 с. — (Жизнь замечательных людей). — 50 экз.