Pettersson voitti yhteisvoimistelussa olympiakultaa Helsingissä 1952 ja olympiahopeaa Melbournessa 1956, missä hän voitti myös pronssia hypyssä. Hänen muut olympiasijoituksensa kärkikymmenikköön tulivat joukkuekilpailussa, missä Ruotsi oli Helsingissä neljäs ja Melbournessa kahdeksas. MM-kilpailuista hän voitti Baselissa 1950 kultaa eritasonojapuilta ja joukkuekilpailusta sekä hopeaa ottelusta. Roomassa 1954 hän voitti hypyn maailmanmestaruuden.