Полузащитник дебютировал в первой команде «Полонии» 13 ноября 2010 года в матче чемпионата страны против хожувского «Руха». В своём первом сезоне Вшолек сыграл 9 матчей за варшавский клуб и не отмечался результативными действиями. Однако уже в первом матче чемпионата 2011/12 футболист сделал передачу на Бруно, с которой был забит единственный мяч в ворота «Лехии». Первый в профессиональной карьере гол Павел Вшолек забил 21 сентября 2011 года в матче Кубка Польши в ворота «Руха» из Радзёнкува. Автором голевой передачи на полузащитника стал Гжегож Бонин. Всего до перехода в итальянскую «Сампдорию» летом 2013 года Вшолек сыграл за «Полонию» 64 матча в чемпионате и кубке страны и забил 13 голов. 21 сентября 2013 года полузащитник впервые вышел на поле в матче Серии А. Против «Кальяри» польский футболист отыграл первые 54 минуты, после чего был заменён на Николу Поцци.