ביולי 2007 מונתה לשגרירת ארצות הברית בפקיסטן וכיהנה בתפקיד עד אוקטובר 2010. באוגוסט 2011 מונתה לשגרירה במצרים, היא כיהנה בתפקיד במהלך תקיפת שגרירות ישראל במצרים, במהלך הבחירות במדינה ביוני 2012 ועלייתם לשלטון של הנשיא מוחמד מורסי ותנועת האחים המוסלמים. בתקופת ההפיכה במצרים בקיץ 2013, הייתה מושא למחאות עקב זיהויה וזיהוי ארצות הברית כתומכים במורסי ובאחים המוסלמים. זמן קצר לאחר הדחתו של מורסי נאלצה פטרסון לעזוב את תפקידה והוחלפה על ידי רוברט ביקרופט. בדצמבר 2013 מונתה לתת-מזכיר המדינה לענייני המזרח הקרוב, תפקיד בו כיהנה עד פרישתה משירות החוץ בינואר 2017. לאחר פרישתה מונתה לחברה בוועדה המייעצת לאסטרטגיית ביטחון לאומי במחלקת ההגנה של ארצות הברית.