Ukrainalaisesta syntyperästään huolimatta Petrovski piti itseään kansainvälisenä ihmisenä ja vastusti ukrainalaisnationalismia. Kun bolševikit murskasivat lyhytikäisen Ukrainan kansantasavallan (1917–1919), Petrovski taisteli bolševikkien joukoissa. Hänestä tuli Venäjän neuvostotasavallan sisäministeri. Vuonna 1919 hän palasi Ukrainaan ja toimi siellä neuvostotasavallan pääministerinä vuoteen 1938 asti. Petrovski oli Stalinin läheinen liittolainen. Ukrainassa häntä pidetään yhtenä pääsyyllisenä Holodomorina tunnettuun nälänhätään 1930-luvulla.