Em sua passagem pela Seleção Francesa, Petit foi convocado para quatro competições: as Eurocopas de 1992 e 2000 e as Copas do Mundo de 1998 e 2002. Em 2002 teve atuação abaixo da média, falhando no gol da derrota para o Senegal e tomando dois cartões amarelos nos dois primeiros jogos, ficando de fora do terceiro. Mas em 1998 teve atuação destacadíssima, ganhando a vaga de titular numa disputa contra Christian Karembeu, Alain Boghossian e o próprio Patrick Vieira. Fez dois gols: um contra a Dinamarca, que foi o gol da vitória por 2 a 1, num poderoso chute de fora da área, e o terceiro gol contra o Brasil na retumbante vitória de 3 a 0 na final, num contra-ataque iniciado por ele e após tabelar com Vieira e Christophe Dugarry.