С июля 1941 года – на фронтах Великой Отечественной войны. Летал на самолётах «СБ» и «Пе-2». В сентябре 1941 года получил осколочное ранение. После излечения в июле 1942 года вернулся на фронт в качестве командира эскадрильи 32-го отдельного дальнего разведывательного авиационного полка.
Совершал боевые вылеты на воздушную разведку и бомбардировку скоплений боевой техники и живой силы противника, его важных объектов. Неизменно добивался больших успехов в боевой работе, нанося серьёзный урон врагу, даже в самых тяжёлых условиях. Так, 14 июля 1942 года Гаврилов участвовал в налёте на аэродром Касторная, во время которого с пикирования пулемётным огнём поджёг склады топлива. 24 июля 1942 года он частично уничтожил, частично подавил огонь батареи тяжёлой артиллерии в районе населённого пункта Верейки. К концу января 1943 года на его счету было уже 90 боевых вылетов, за что он был удостоен ордена Отечественной войны 1-й степени.
В 1943 году Гаврилов стал командиром эскадрильи 99-го гвардейского отдельного разведывательного авиационного полка. Многократно совершал успешные боевые вылеты на воздушную разведку и аэрофотосъёмку, несмотря на противодействие вражеской зенитной артиллерии и истребительной авиации, и зачастую плохие погодные условия. В результате его вылетов командование получало ценнейшие сведения о перебросках немецких войск. Так, 29 июля 1943 года Гаврилов произвёл разведку и фотографирование города Орла и его аэродромов, обнаружив до 230 самолётов, 25 эшелонов под погрузкой и выгрузкой, до 600 автомашин и 60 танков. Полученные сведения оказались очень полезными для командования при освобождении этого города.

К августу 1943 года Гаврилов совершил 130 боевых вылетов на бомбардировку и воздушную разведку, сбросил 36 тонн бомб, уничтожив и повредив до 20 танков, до 100 автомашин, более 2 батальонов пехоты, до 10 самолётов на аэродромах, сбил 1 вражеский истребитель. Он сфотографировал до 16000 квадратных километров площади, сбросил более 1300000 листовок над оккупированной территорией. 5 августа 1943 года командир 99-го гвардейского отдельного разведывательного авиационного полка гвардии подполковник Н. П. Щенников представил его к званию Героя Советского Союза.

После окончания войны Гаврилов продолжил службу в Советской Армии. В 1956 году в звании подполковника он был уволен в запас. Проживал в Краснодаре. Умер 30 июня 1989 года, похоронен на Славянском кладбище Краснодара.
В честь Гаврилова названа школа-интернат в селе Большой ТолкишЧистопольского района Татарстана.
Награды
Герой Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» за номером 1730 (02.09.1943, «за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм»);
3 ордена Красного Знамени (1939, 06.03.1943, 1951);
2 ордена Отечественной войны 1-й степени (28.01.1943, 11.03.1985);
Орден Красной Звезды (1946);
Медали.