Bis 2006 spielte Vavilov im Staatlichen Symphonieorchester Estlands (estnischEesti Riiklik Sümfooniaorkester). Von 2004 bis 2006 war er zweiter Dirigent des Orchesters. Von 2006 bis 2008 war Toomas Vavilov Chefdirigent und musikalischer Leiter des Theaters Vanemuine in der zweitgrößten estnischen Stadt Tartu.