W roku 1934 został – z rekomendacji Marii Skłodowskiej-Curie – kierownikiem Pracowni Fizycznej Instytutu RadowegoW kolejnych latach Pracownia Fizyczna została przekształcona w Zakład Fizyki Instytutu Onkologii. Cezary Pawłowski kierował nim do roku 1956.. Pracownia wkrótce zyskała renomę w świecie naukowym. Jej działalność wspierali małżonkowie Frédéric i Irène Joliot-Curie. Po otrzymaniu w roku 1935 Nagrody Nobla zakupili oni dla Instytutu duży elektromagnes, przekazany w dowód uznania i przyjaźni. Pomocy udzielała nieustannie dr Bronisława Dłuska, która m.in. zakupiła 100 mg radu. Codziennymi problemami Pracowni interesowała się też Maria Skłodowska-Curie. Fragment listu, który Cezary Pawłowski napisał do swojej Nauczycielki, ilustruje nie tylko zakres wykonywanych wówczas prac, ale również nieustające zainteresowanie Adresatki rozwojem Pracowni i Instytutu:
Maria Skłodowska-Curie zmarła w roku nadania tego listu (1934). W następnych latach jej Uczeń wytrwale zabiegał o realizację jej planów. W Pracowni Fizycznej, uruchomionej 30 października 1937 roku, zorganizowano Wzorcownię Rentgenowską i Laboratorium Ciał Promieniotwórczych;