Pettersen nousi kansainvälisesti tunnetuksi vuonna 1980, jolloin hän voitti nuorten maailmanmestaruuden 5 kilometrillä ja viestissä sekä saavutti olympiapronssia Lake Placidin kisojen viestissä. Viestihiihdon maailmanmestaruuden hän saavutti kaksi vuotta myöhemmin Oslon MM-kilpailuissa ja olympiakultaa Sarajevossa 1984. Henkilökohtaisilla matkoilla hän saavutti MM-hopeaa 20 kilometrillä Seefeldissä 1985 hävittyään Norjan neloisvoittoon päättyneessä kisassa 18,4 sekuntia vasta viime hetkellä kilpailuun valitulle ikätoverilleen Grete Ingeborg Nykkelmolle sekä yhden olympiapronssin ja kaksi MM-pronssia.