В качестве ротного командира Петерсхаген участвовал в оккупации Чехословакии в 1938 году, летом следующего года он внепланово был повышен в звании до майора, как намёк на предстоящую в скором времени войну. Первое время по ходу Второй мировой войны Петерсхаген был в штабе резервной дивизии в Штеттине, затем получил назначение во Францию и участвовал в боях балканской кампании вермахта в 1941 году. В Великой Отечественной войне в битве под Харьковом 1942 года батальон Петерсхагена был окружён, но благодаря качествам своего командира успешно совершил прорыв. За это он был удостоен Рыцарского Креста и повышен в должности и звании — стал полковником и командиром 92-го грайфсвальдского полка.