A.- M._ a travaillé en qualité de bûcheron à partir du 1er mars 1986. Dans sa demande d'affiliation aux Retraites Populaires, datée du 7 avril 1986, l'employeur a indiqué que le salaire AVS déterminant du travailleur s'élèverait probablement à 20 000 fr. en 1986. Le prénommé a été affilié à cette institution de prévoyance avec effet rétroactif à la date de son engagement. Durant la période s'étendant du 31 juillet 1986 au 30 juillet 1987, l'assuré a été rémunéré à l'heure et son salaire effectif s'est élevé à 42 653 fr. 35. Le 31 juillet 1987, M._ a été victime d'un accident de travail, à la suite duquel il a bénéficié de rentes de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA) et de l'assurance-invalidité. Par lettre du 14 novembre 1997, M._ a demandé aux Retraites Populaires d'examiner son droit à une rente d'invalidité pour ses enfants et lui-même. L'institution de prévoyance lui a répondu, le 2 juillet 1998, qu'elle lui verserait une rente annuelle viagère d'invalidité de 901 fr. 20, ainsi que des rentes de 180 fr. pour chacun de ses enfants, ces prestations étant adaptées à l'évolution des prix. Elle a précisé, dans une écriture du 22 juillet suivant, qu'elle avait fixé à 2720 fr. le montant du dernier salaire coordonné annuel en vigueur au début de l'incapacité de travail. Le 31 juillet 1998, M._ a fait savoir à l'institution de prévoyance que la CNA s'était basée sur un salaire assuré de 42 653 fr. pour arrêter le montant de sa rente; comme la déduction de coordination était en 1987 de 17 280 fr., il parvenait de son côté à un salaire annuel assuré de 25 373 fr. (42 653 - 17 820). B.- Se prévalant du fait que le salaire retenu par la CNA s'élevait en 1987 à 42 653 fr., M._ a saisi entre-temps le Tribunal des assurances du canton de Vaud, le 1er juillet 1998, en concluant à ce que les Retraites Populaires fussent condamnées à lui payer une rente d'invalidité d'un montant à dire de justice, avec intérêts moratoires à 5 % l'an. Dans une seconde écriture du 7 septembre 1998, il a modifié ses conclusions en ce sens qu'un salaire coordonné annuel de 25 373 fr. soit pris en compte dans le calcul des rentes d'invalidité, au lieu du salaire de 2720 fr. retenu par l'institution du prévoyance. Cette dernière a conclu au rejet de la demande, motifs pris notamment que l'activité et la rétribution du demandeur étaient irrégulières et que le salaire de 20 000 fr., sur la base duquel les cotisations avaient été payées, constituait un montant forfaitaire. La juridiction cantonale a arrêté le salaire déterminant de l'assuré à 20 000 fr. Par jugement du 19 février 2001, elle a rejeté la demande. C.- M._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement dont il demande l'annulation, avec suite de dépens. Il conclut à ce que le dossier soit renvoyé au Tribunal des assurances du canton de Vaud, afin qu'il fixe le montant des rentes d'invalidité sur la base d'un salaire coordonné de 25 373 fr. pendant la dernière année d'assurance. Les Retraites Populaires concluent au rejet du recours. L'Office fédéral des assurances sociales en propose l'admission. 