Im Aufgebot der Männer-Handballnationalmannschaft der DDR spielte Klaus Petzold bei der Feldhandball-Weltmeisterschaft (WM) 1963, bei der er mit der Mannschaft der DDR Weltmeister wurde, sowie bei der Hallenhandball-WM 1964, der Hallenhandball-WM 1967 und der Hallenhandball-WM 1970, bei der er Vize-Weltmeister wurde.