Az 1972-es szezon végén Peterson elhagyta a Marchot, és a címvédő csapathoz, a Lotushoz igazolt, ahol Emerson Fittipaldi csapattársa lett. 1973-ban francia nagydíjon szerezte pályafutása első győzelmét a Formula–1-ben. 1973-ban négy futamot nyert (a francia, az osztrák, az olasz és az amerikai nagydíjat), ez a világbajnokság harmadik helyéhez volt elég. 1974-ben a Lotus 76-os autóval - amelyet sem ő, sem csapattársa, Jacky Ickx nem szívlelt - háromszor lett első, egyszer harmadik, és hat futamon nem ért célba. Így a világbajnoki ranglistán ötödik helyen végzett. Az 1975-ös év sikertelen volt a Lotus csapat számára, Ickx és Peterson is egy régebbi Lotus modellel versenyeztek. A csapatfőnök, Colin Chapman próbálta visszatartani a svéd pilótát, 1976-ban egy Lotus 77-tel indult a brazil nagydíjon, ám az olasz nagydíjat már a March csapat visszatérőjeként nyerte meg. A következő évben a Tyrrellhez igazolt és a hatkerekű P34-essel versenyzett. Egyszer állhatott a szezon során a dobogóra, amikor harmadikként végzett a belga nagydíjon. 1978-ban ismét a Lotus csapat színeiben versenyzett, Mario Andretti csapattársaként. A két pilóta magasan kiemelkedett az akkori mezőnyből, abban a szezonban két futamot nyert, mert szerződése megakadályozta abban hogy megelőzze csapattársát. Első lett a dél-afrikai nagydíjon, amelyen az utolsó körben vette át a vezetést Patrick Depailler-től, valamint az osztrák nagydíjon is elsőként állhatott a dobogóra. Utolsó versenyéig, az olasz nagydíjig Andrettivel osztoztak az 1-2. helyeken. 1979-re biztos helye lett volna a McLarennél.