Für Schweden nahm Pettersson an den Olympischen Winterspielen 1956 in Cortina d’Ampezzo, 1960 in Squaw Valley und 1964 in Innsbruck teil. Bei den Winterspielen 1964 gewann er mit seiner Mannschaft die Silbermedaille. Zudem stand er im Aufgebot seines Landes bei den Weltmeisterschaften 1955, 1957, 1958, 1959, 1961, 1962, 1963, 1965, 1966 und 1967. Bei der WM 1965 gewann er mit seiner Mannschaft die Bronze-, bei den Weltmeisterschaften 1963 und 1967 die Silber-, sowie bei den Weltmeisterschaften 1957 und 1962 die Goldmedaille. Als beste europäische Mannschaft wurde Schweden bei den WM-Erfolgen 1957 und 1962 ebenfalls Europameister.