После получения домашнего начального образования отец решил отдать сына в Морской шляхетский корпус. В 1813 г. Павел подал прошение о зачислении себя кандидатом для поступления. Но из-за нехватки мест поступить сразу не удалось. Лишь спустя два года его включили в списки воспитанников корпуса, находящегося на петербургском Васильевском острове. Нахимов был произведен в гардемарины. Перед зачислением в корпус летом 1815 г. он совершил плавание в качестве волонтера на бриге «Симеон и Анна». В 1816 г. гардемарин Нахимов вновь плавал на этом бриге в Финском заливе.

В 1817 г. на фрегате «Феникс» под командой одного из лучших морских офицеров того времени Дохтурова, в числе немногих лучших учеников, Нахимов впервые отправился в плавание к берегам Швеции и Дании. Вскоре после возвращения он был произведен в унтер-офицеры, а в феврале 1818 г. выдержал экзамен на мичмана шестым по выпуску и был назначен во 2-й флотский экипаж. В нем он служил на берегу в течение двух лет. В 1820 г. Павел Нахимов плавал по Балтике на тендере «Янус».

В начале своей морской карьеры плавание молодого офицера ограничивалось Балтийским морем и сухопутным «хождением» из Кронштадта в Архангельск в команду строившегося там судна и обратно. И лишь в 13 марта 1822 г., получив назначение на фрегат «Крейсер», Нахимов смог принять участие в кругосветном плавании. Оно продолжалось с 24 июня 1822 г. по 7 августа 1825 г.

Руководил походом Михаил Петрович Лазарев, уже снискавший европейскую известность своими кругосветными плаваниями. Будущие герои Крымской войны П.С. Нахимов, В.А. Корнилов и В.И. Истомин по праву считали его своим главным учителем морской науки. Кругосветное путешествие продолжилось более трех лет. Фрегат «Крейсер» предназначался для охраны российских владений в Северной Америке, а следовавший с ним шлюп «Ладога» – для доставки грузов на Камчатку и на Аляску. Осенью 1823 г. «Крепость» прибыла в Ново-Архангельск – столицу Русской Америки.

Современники считали, что попасть в экипаж корабля, отправляющегося в кругосветное плавание, в то время без протекций было почти невозможно. Однако известно и то, что у юного Павла Нахимова никакой протекции не имелось. Очевидно, молодой мичман обратил на себя особое внимание начальства. По воспоминаниям сослуживцев, Нахимов с первых дней плавания нес службы практически по 24 часа в сутки, «никогда не вызывая упреков за желание выслужиться со стороны товарищей, быстро уверовавших в его призвание и преданность самому делу». Отношение Нахимова к службе можно охарактеризовать словами знаменитого историка Е.В. Тарле: «Никакой жизни, помимо морской службы, он не знал и знать не хотел и просто отказывался признавать для себя возможность существования не на военном корабле или не в военном порту. За недосугом и за слишком большой поглощенностью морскими интересами он забыл влюбиться, забыл жениться. Он был фанатиком морского дела, по единодушным отзывам очевидцев и наблюдателей».

Во время плавания П.С. Нахимов был произведен в лейтенанты (март 1823 г.). В ноябре 1823 г. во время похода вдоль берегов Северной Америки лейтенант с риском для жизни участвовал в попытке спасения матроса, упавшего за борт. Вот как развивались эти события по описанию очевидцев.

При сильной боковой качке за борт упал канонир Давыд Егоров. Фрегат был на полном ходу. Пока его привели к ветру, он успел отойти от выпавшего за борт артиллериста довольно далеко. За борт выбросили множество предметов, в том числе небольшую лестницу, за которую Егоров ухватился. При сильном волнении спускать шлюпку было опасно. Оставалось посадить в нее 6 матросов-гребцов и офицера и обрубить снасти, на которых она висела, в тот момент, когда корабль наклонится на сторону, где была подвешена шлюпка. По свидетельству Завалишина, чья вахта была в этот момент, Нахимов по его просьбе отправился на шлюпке, хотя был старше Д.И. Завалишина (известного декабриста и автора «Записок») и на баке имелся подвахтенный мичман. До плавающего в океане человека осталось метров 10, когда тот выпустил лестницу из рук. Что это было – судорога или нападение акулы, осталось неизвестным. Когда шлюпка со спасателями пыталась пристать обратно к борту фрегата, ее разбило и Нахимов с гребцами едва успели схватиться за снасти и взобраться на палубу.