部队参加苏德战争。同年8月起，他参与高加索方面的战斗，历任骑兵排排长、连长、团副参谋长、营主任副官、冲锋枪营营长等职务。在1943年至1944年，他先后被调派至在乌克兰第一及第二方面军，并担任第40独立摩托化步兵旅和第38步兵师的作战科科长。在第二次世界大战期间，彼得罗夫先后转战敖德萨围城战、塞瓦斯托波尔围城战、高加索战役、解放乌克兰、雅西-奇西瑙攻势及布达佩斯攻势等战役，并在1944年加入苏联共产党。战后，彼得罗夫多次在莫斯科伏龙芝军事学院及总参谋部军事学院进修，历任集团军司令部处长、步兵团团长、