Павел Иванович Батов родился 20 мая (1 июня) 1897 года в деревне Фелисово Рыбинского уезда Ярославской губернии в бедной крестьянской семье. Русский. Окончил 2 класса сельской школы в селе Сретенье. В 13 лет из-за крайней бедности семьи уехал в Петербург, где нанялся на работу в торговый дом братьев Леоновых. 5 лет работал грузчиком и разносчиком покупок-заказов по квартирам состоятельных горожан. Несмотря на тяжёлые условия труда, экстерном сдал экзамены за шесть классов и планировал продолжать учёбу.

Через год после начала Первой мировой войны Павел Батов поступил на службу в царскую армию. В 1916 году окончил учебную команду и был направлен на фронт, где стал командиром отделения разведчиков. За отличие в боях награждён двумя Георгиевскими крестами и двумя медалями. Осенью 1916 года, возвращаясь с «языком», получил тяжёлое ранение в голову и отправлен в Петроград на лечение. В 1917 году окончил команду по подготовке в школу прапорщиков и в том же году в звании младший унтер-офицер завершил службу в императорской армии.

После Октябрьской революции в августе 1918 года П. И. Батов добровольно пошёл в Красную Армию и сначала был назначен командиром пулемётного взвода 1-го Советского стрелкового полка. Вскоре назначен помощником военного руководителя по маршевым формированиям при Рыбинском военкомате, затем помощником военного руководителя Резерва комначсостава МВО. Участвовал в подавлении Романово-Борисоглебского крестьянского выступления против Советской власти. С 1919 года помощник командира роты, затем командир роты. В составе 320-го стрелкового полка участвовал в боях против войск барона Врангеля и освобождении Крыма.

После окончания Гражданской войны П. И. Батов командовал батальоном в Московской Пролетарской стрелковой дивизии. В 1927 году окончил Стрелково-тактические курсы усовершенствования комсостава РККА «Выстрел». В том же году вступил в ряды ВКП(б). С 1931 года — начальник штаба, а с 1934 года — командир 3-го стрелкового полка Московской Пролетарской стрелковой дивизии. Герой Советского Союза Г. В. Бакланов, служивший в то время под руководством Батова, в своих воспоминаниях признавал, что последний повлиял на выбор им профессии.

С декабря 1936 года по август 1937 года под псевдонимом Пабло Фриц находился в командировке в Испании, где на стороне республиканцев участвовал в борьбе с режимом Франко. Занимал пост военного советника в 12-й Интернациональной бригаде Мате Залки, затем советника Теруэльского фронта. По возвращении в СССР был награждён орденами Ленина и Красного Знамени и назначен командиром 10-го стрелкового корпуса.

С августа 1938 года командир 3-го стрелкового корпуса. В этой должности участвовал в советско-финской войне 1939—1940 гг. и в походе по освобождению западных областей Белоруссии и Украины. С апреля 1940 года заместитель командующего войсками Закавказского военного округа.

За несколько дней до начала Великой Отечественной войны П. И. Батов был срочно вызван в Москву, где Народный комиссар обороны С. К. Тимошенко сообщил ему о назначении «на должность командующего сухопутными войсками Крыма и одновременно командиром 9-го корпуса». В этой должности в начальный период войны организовал противодесантную оборону Крымского полуострова. Решением Ставки ВГК от 14 августа 1941 года на базе 9-го стрелкового корпуса создавалась 51-я Отдельная армия. Командующим армией назначался генерал-полковник Ф. И. Кузнецов, а П. И. Батов — его заместителем. Во второй половине сентября, когда передовые части 11-й немецкой армии подошли к Крыму с севера по решению Ф. И. Кузнецова Батов возглавил оперативную группу, предназначенную для нанесения контрударов. Руководил действиями войск при отражении попыток немецких войск прорваться в Крым через перекопский перешеек.

В конце декабря 1941 года после гибели П. С. Пшенникова П. И. Батов был назначен командующим 3-й армией Брянского фронта. В этот момент армия силами пяти стрелковых дивизий занимала оборону восточнее Орла на рубеже реки Зуша. В январе-феврале 1942 года по приказу командующего фронтом Я. Т. Черевиченко 3-я армия предприняла ряд наступательных операций, однако, понеся большие потери, успеха не добилась.

В феврале 1942 года П. И. Батов был освобождён от должности командующего армией и назначен исполняющим обязанности помощника командующего Брянским фронтом по формированиям. Поскольку в то время других источников пополнения не было, в его задачу входила проверка фронтовых тылов с целью выявления возможности пополнения боевых подразделений. В результате этой работы в тылах фронта, армий и дивизий было собрано несколько тысяч бойцов, которые без ущерба для деятельности тыловых служб могли быть направлены на боевые позиции.

Осенью 1942 года на юго-западном направлении разгорелась Сталинградская битва. 30 сентября здесь был образован Донской фронт под командованием генерал-лейтенанта К. К. Рокоссовского. По его ходатайству Батов был назначен командующим 4-й танковой армией, вошедшей в состав нового фронта. 22 октября 1942 года 4-я танковая армия была реорганизована в 65-ю армию, которой Батов командовал до конца войны.

19 ноября 1942 года войска Донского и Юго-Западного фронтов перешли в наступление. К исходу первого дня наступления войска 65-й армии продвинулись вперёд на 5-8 км, но полностью прорвать первую полосу обороны противника не смогли. Чтобы увеличить темп наступления Батов решил из всех танков, имеющихся в армии и нескольких стрелковых подразделений на машинах, создать подвижную ударную группу. Расчёт командарма полностью оправдал себя. За первые же сутки подвижный отряд продвинулся вглубь немецкой обороны на 23 километра. Почувствовав угрозу охвата, противник ослабил сопротивление перед фронтом армии. Этим незамедлительно воспользовались ударные дивизии и, овладев рядом крупных узлов сопротивления, стали быстрее продвигаться вперёд. Им способствовала подвижная группа, нанося удары во фланг и тыл противника. Для более оперативного управления войсками командующий армией почти всё время с 20 по 23 ноября с небольшой группой офицеров проводил в частях, ведущих бои.

В дальнейшем 65-я армия в составе Донского фронта участвовала в операции по уничтожению окружённой немецкой группировки. Всего в Сталинградской битве армия уничтожила свыше 30 000 и пленила около 26 500 гитлеровцев.

Вскоре после завершения Сталинградской битвы Донской фронт был упразднён, а на его основе северо-западнее Курска был образован Центральный фронт. Штаб фронта разместился в Ельце. 18 февраля сюда же прибыло и управление 65-й армии. Здесь перед Батовым была поставлена задача в кратчайшие сроки в условиях зимнего бездорожья собрать войска, многие из которых находились на пути к месту сосредоточения, и подготовить их к дальнейшему наступлению.

В феврале-марте 1943 года армия совместно с другими войсками фронта провела Севскую наступательную операцию на северном направлении и продвинулась на 30-60 километров на запад. Во время Курской битвы 65-я армия держала оборону на выступе против 20-го армейского корпуса в районе Севска.

Павел Иванович Батов стал готовить войска к форсированию Днепра, используя нештатные и штатные средства переправы. 15 октября 1943 года к 10 часам после мощной артиллерийской подготовки 4-го батальона захватили плацдарм на правом берегу реки и удерживали его весь день. Ночью по наведённым переправам стали переходить соединения армии. Развернулись жаркие бои за расширение плацдарма и к 27 октября соединения 65-й армии отвоевали его по фронту на 35 и в глубину на 20 километров. С захватом стратегических плацдармов на Днепре были созданы условия для наступления в Белоруссии и полного освобождения правобережной Украины.

В битве за Днепр войска проявили массовый героизм и отвагу. 438 солдат, сержантов, офицеров и генералов всех родов войск удостоены звания Героев. Военный Совет 65-й армии на каждом наградном листе написал заключение: «Достоин присвоения звания Героя Советского Союза».

В битве за Днепр армия понесла значительные потери в личном и командном составе. Павел Иванович Батов решил 100 лучших Героев Советского Союза направить на армейские курсы младших лейтенантов и из них вышли замечательные командиры взводов.

Участвовал в Калинковичско-Мозырской операции и в операции «Багратион».

Войска командарма П. И. Батова в составе 2-го Белорусского фронта принимали участие в Висло-Одерской, Млавско-Эльбингской, Восточно-Прусской, Восточно-Померанской и Берлинской наступательных операциях.

Особенно упорные бои армия П. И. Батова провела при форсировании рек Вислы и Одера.

Последний залп по врагу в полосе 65-й армии был сделан залпами «Катюш» по гарнизону на острове Рюген.

Второй медалью «Золотая Звезда» генерал-полковник Батов награждён 02 июня 1945 года за образцовое руководство войсками в Белорусской операции, при форсировании р. Вислы, штурме Данцига и овладении Штеттином.

В послевоенное время П. И. Батов командовал 7-й и 11-й армиями (1945—1950), был первым заместителем Главнокомандующего Группы советских войск в Германии, командующим войсками Прикарпатского и Прибалтийского военного округов (1950—1958), старшим военным специалистом в Народно-освободительной армии Китая.

В 1962-65 гг. Батова назначили начальником штаба Объединённых Вооружённых сил государств-участников Варшавского договора, затем перевели в группу генеральных инспекторов МО СССР. В 1970—1981 годах был председателем Советского комитета ветеранов войны.

Был депутатом Верховного Совета СССР 1-5 созывов.

В царской, Красной и Советской армиях Батов прослужил 70 лет.

Павел Иванович Батов скончался 19 апреля 1985 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.