Бомбардовање Савезне Републике Југославије затекла га је на дужности команданта 204. ловачког пука, чије је седиште било измештено у Стару Пазову. Летачка техника је била на изузетно слабом нивоу одржавања и несигурна. До тог 4. маја неколико авиона је изгубљено услед разних кварова који су се обично дешавали непосредно по узлетању. Већина пилота је успела да се спасе, погинуо је једино мајор Зоран Радосављевић.

4. маја 1999. око 12 часова примећена је већа група НАТО авиона која је дејствовала у правцу Ваљева, углавном на фабрику муниције Крушик, као и на војна складишта у селу Причевић. Команду да полети добио је један од млађих официра. Међутим, потпуковник Павловић је телефонском везом наредио да се позвани пилот задржи и уместо њега је он полетео ка Ваљеву са својим авионом МиГ-29, № 18109. Убрзо се нашао над Ваљевом, међутим, после самог узлетања му се покварио генератор наизменичне струје тако да је остао без радара. Павловић се упустио се у неравноправну битку против 16 НАТО авиона, успео да их збуни и чак натера у бекство смелим наступањем али је, нажалост, убрзо, око 12:45, био погођен са три ракете, испаљене од стране холандских пилота са авиона F-16 фајтинг фалкон који су били западно од Тузле те их он није ни приметио. Погинуо је још у ваздуху. Остаци његовог авиона пали су у село Петница. Сахрањен је 6. маја 1999. на Бежанијском гробљу.

У родном селу Миленка Павловића, Горњем Црниљеву, направљен је спомен комплекс који обухвата: