Con la selección rumana jugó el Mundial de Estados Unidos 1994, llegando a cuartos de final, en donde caerían ante Suecia que sería tercera del torneo. Esa Rumanía sería una de las revelaciones del torneo, con un juego atractivo para el espectador, dirigida por Iordanescu y comandada por jugadores de la talla de Hagi, Popescu, Raduciou, Belodedici y el propio Petrescu. Anotó un gol en primera fase ante el anfitrión, victoria 1-0. Jugaría también la Eurocopa 1996 en Inglaterra, en la que se eliminaría en primera fase, en el grupo de la muerte en el que estaban España, Francia y Bulgaria. En el Mundial de Francia 1998 volvieron a ser primeros de su grupo. Petrescu anotó un gol agónico en la gran victoria sobre Inglaterra en primera fase en el minuto 90' ganando 2-1, ya en octavos serían eliminados por Croacia 1-0 con gol de penal de Suker, que acabaría siendo tercera del torneo. Y su último torneo sería la Eurocopa 2000, en la que se clasificarían para cuartos de final, cayendo ante Italia, que sería segunda del torneo.