První výrazný trenérský úspěch zaznamenal Pavel Vrba ještě v roli asistenta trenéra. Pod vedením Františka Komňackého byl na lavičce Baníku Ostrava v sezoně 2003/2004 u toho, když klub z Bazalů získal historický titul. První trofej jako hlavní kouč získal na lavičce Žiliny, s níž v roce 2007 vyhrál slovenskou ligu a také slovenský Superpohár.
V roce 2008 převzal poprvé Plzeň a nastartoval její cestu mezi nejlepší české kluby. S Viktorií během svého prvního angažmá vyhrál dva tituly, získal s ní pohár i český Superpohár. V sezoně 2011/2012 dostal Plzeň poprvé v její historii a jako třetí český klub do skupinové fáze Ligy mistrů.
V Lize mistrů vedl Plzeň následně i v sezoně 2013/2014, v jejímž průběhu ale přijal nabídku na pozici hlavního trenéra české reprezentace. V ní pak hodně těžil z úspěšného sparťanského týmu té doby a dovedl mužstvo k postupu na mistrovství Evropy. Na něm Česko ve skupině s Tureckem, Chorvatskem a Španělskem získalo jeden bod.
Vrba po šampionátu národní tým opustil a krátce vedl ruskou Machačkalu, kde ale skončil po třech měsících, když klub změnil majitele. V roce 2017 se pak Vrba vrátil na lavičku Plzně. V sezoně 2017/2018 s ní opět oslavil ligový titul a postoupil do základní skupiny Ligy mistrů.
Plzeň podruhé opustil po konci podzimní části sezony 2019/2020, kdy přijal nabídku nejlepšího bulharského týmu Ludogorce Razgrad. S ním ještě ve stejné sezoně získal titul, u mužstva vydržel do října loňského roku.
V české lize odtrénoval Pavel Vrba 247 zápasů, 148 z nich bylo vítězných. Celková bodová blance Vrby v české lize je 68,7 procent. Celkem osmkrát ovládl anketu o nejlepšího trenéra v rámci Fotbalisty roku a je tedy nejčastějším vítězem této ankety.
.webp?width=-&height=336&quality=75)
