14 декабря 1997 года Павел Грудинин был избран депутатом Мособлдумы второго созыва по одномандатному избирательному округу №2 (Видное, Ленинский район).

В 2000 году он был доверенным лицом кандидата в президенты РФ Владимира Путина.

8 сентября 2002 года был избран в следующий созыв Мособлдумы по одномандатному избирательному округу №2. За него проголосовали 44,76% избирателей.

11 марта 2007 года вновь стал депутатом Мособлдумы, но уже по списку «Единой России».

В 2010-м баллотировался на пост главы Ленинского района Подмосковья в качестве самовыдвиженца. Однако избирком отказал ему в регистрации из-за нарушений в подписных листах.

В 2011 году баллотировался в Мособлдуму пятого созыва по списку КПРФ, но его регистрация была отменена из-за интервью журналу «Русский репортер», в котором суд усмотрел признаки экстремизма. Позже, в 2012 году, Павел Грудинин доказал в суде, что в материале журнала были «допущены искажения смысла фрагментов интервью и слов интервьюируемого».

18 сентября 2016 года баллотировался в Госдуму РФ по списку КПРФ (девятый номер в региональной группе №27, Московская область) и по Люберецкому одномандатному округу №121 (Московская область). По итогам распределения мандатов в Думу не прошел. В одномандатном округе занял второе место (13,14%). Тогда же неудачно баллотировался в депутаты Мособлдумы шестого созыва от КПРФ.

10 сентября 2017 года неудачно баллотировался от КПРФ в советы депутатов двух сельских поселений — Булатниковское и Володарское Ленинского района Подмосковья. На этих же выборах стал депутатом совета города Видное от КПРФ по одномандатному округу №6. Получил 71,13% голосов.