В апреле 1918 года призван в ряды РККА и назначен на должность агитатора и заведующего агитационным отделом Свияжского уездного военкомата, а в августе — на должность начальника общего отдела штаба 5-й армии. В том же году вступил в ряды РКП(б).
С января 1919 года служил на должностях делопроизводителя, казначея, заведующего хозяйственной частью и инструктора политического отдела 26-й стрелковой дивизии, а с мая 1920 года — на должностях помощника начальника и начальника хозяйственного отдела, начальника общей канцелярии политического управления 5-й армии.
В феврале 1922 года назначен на должность военкома 30-го кавалерийского полка, в мае — на должность заместителя комиссара 3-й кавалерийской бригады в составе 5-й кавалерийской дивизии, в сентябре того же года — на должность помощника по политической части 27-го кавалерийского полка, в феврале 1923 года — на должность заведующего информационным отделом политотдела 4-й кавалерийской бригады, в июне — на должность помощника начальника учебно-мобилизационного отдела политуправления Сибирского военного округа, а с декабря того же года исполнял должность помощника начальника политуправления этого же военного округа.
22 июня1940 года Панфилов назначен на должность заместителя начальника 5-го управления РККА, которое 26 июля того же года было преобразовано в Разведывательное управление Генерального штаба Красной Армии.
С 6 июля по 15 сентября1941 года исполнял должность начальника Разведывательного управления Генштаба, а в октябре того же года утверждён в этой должности, одновременно являлся уполномоченным по формированию польской армии Андерса.
В начале 1942 годаИ. В. Сталин получил от А. П. Панфилова специальное сообщение «О продолжающейся подготовке немецко-фашистских войск к химическому нападению», по теме которого начался активный обмен мнениями Сталина с главой британского правительства У. Черчиллем. Черчилль выступал по радио и предупреждал официальный Берлин о последствиях газовых атак и незамедлительного британского ответа на развязывание нацистским режимом химической войны против СССР. Части CC в Варшаве получили приказ приступить к противогазовой подготовке, также отмечены случаи выдачи войскам противогазов образца 1941 года.
После войны находился на прежней должности командира 3-го гвардейского танкового корпуса, который в июне 1945 года был преобразован в 3-ю гвардейскую танковую дивизию.
С августа 1946 года состоял в распоряжении Командующего бронетанковыми и механизированными войсками ВС СССР. 30 ноября того же года направлен в Военную академию бронетанковых и механизированных войск, где был назначен на должность начальника 2-го инженерно-тактического факультета, а 16 мая1951 года — на должность начальника факультета по подготовке офицеров иностранных армий этой же академии.
В декабре 1953 года направлен на учёбу на Высшие академические курсы при Высшей военной академии имени К. Е. Ворошилова, после окончания которых в январе 1955 года оставлен при академии для преподавательской работы и назначен на должность старшего преподавателя кафедры бронетанковых и механизированных войск, в сентябре 1956 года — на должность заместителя начальника кафедры тактики высших соединений, а в феврале 1959 года — на должность старшего преподавателя кафедры тактики высших соединений.
Здесь может располагаться раздел, посвящённый памятникам, мемориальным доскам, объектам, названным в честь Героя. Помогите РУВИКИ, написав его.(29 августа 2020)
Коллектив авторов. Великая Отечественная: Комкоры. Военный биографический словарь / Под общей редакцией М. Г. Вожакина. — М.; Жуковский: Кучково поле, 2006. — Т. 2. — С. 159—160. — ISBN 5-901679-12-1.
Колпакиди А., Север А. ГРУ. Уникальная энциклопедия. — М.: Яуза; Эксмо, 2009. — С. 690. — 720 с. — (Энциклопедия спецназа). — 5000 экз. — ISBN 978-5-699-30920-7.
Колпакиди А., Север А. Разведка в Великой Отечественной войне. — М.: Яуза; Эксмо, 2010. — С. 301—302. — 736 с. — (Энциклопедия спецслужб). — 3500 экз. — ISBN 978-5-699-40836-8.