Com duas pancadas de vantagem a dois buracos do fim, Pavon falhou um putt de três pés no 17.º buraco e viu a sua vantagem reduzida a uma pancada, mas conseguiu uma tacada poderosa para o green e evitou um playoff com um putt de sete pés e meio, registando um par de três abaixo do par 69 para um total de 13 abaixo do par de 275.
O dinamarquês Nicolai Hojgaard fez um par 70 abaixo de um par para terminar em segundo lugar, com 276.
A vitória no exigente campo South Course em Torrey Pines - um local que já foi palco do US Open por duas vezes - surge depois de Pavon ter conquistado o seu primeiro título do DP World Tour - na sua 185.ª partida - no Open de Espanha, em outubro.
Pavon ganhou o seu cartão do US PGA Tour com um resultado entre os 10 primeiros na classificação do DP World Tour.
"Não tenho palavras. É incrível", disse Pavón, com a voz trémula, numa entrevista televisiva após a volta. "Foi uma longa viagem. Esperei sete anos no circuito principal para ganhar na Europa e finalmente consegui uma vitória na América. É simplesmente fantástico".
Pavon evitou um bogey de abertura com quatro birdies nos primeiros nove buracos, com o seu birdie de dois pés no nono a colocá-lo num empate pela liderança com o alemão Stephan Jaeger.
Jaeger, também em busca da sua primeira vitória no PGA Tour, chegou à ronda final com uma vantagem de uma pancada e aumentou-a para três com birdies no segundo e terceiro buracos.
Mas três bogeys nos últimos nove buracos foram demais para superar e Jaeger terminou empatado em terceiro lugar com 11 abaixo do par com os americanos Jake Knapp e Nate Lashley.
A coragem para terminar
Em terreno irregular, o seu caddie aconselhou-o a ter cuidado, mas Pavon optou por ir para o green.
"Estava tão entusiasmado naquela altura que sei que tinha energia para levantar a bola para o green", disse. "Aquela bola saiu como uma borboleta e alimentou mesmo a inclinação do green... Era a altura certa para provar que tinha coragem para terminar o torneio e consegui, por isso estou muito contente com aquele último buraco".
Hojgaard terminou com cinco birdies e três bogeys nos seus 70 abaixo do par, mantendo a pressão sobre Pavon ao chegar ao 18.º green em duas pancadas e ao dar a si próprio um putt de dois pés para birdie.
"Estávamos todos a esforçar-nos ao máximo", disse Hojgaard. "O Pavon fez bons up-and-downs nos últimos nove buracos e deu-me uma oportunidade no 17, mas depois fez magia no 18, o que temos de fazer se quisermos ganhar. Dei o meu melhor para o pressionar um pouco, mas ele conseguiu uma pancada. Estou feliz por ele".