След мача на националния отбор на България с Люксембург за Европейското първенство през 2008 (11 октомври 2006 г.), Стилиян прави изявление, в което обявява, че ще престане да се състезава за България, докато начело на отбора е Христо Стоичков. Самият Стоичков казва, че няма конфликт с Петров и че той винаги ще бъде капитан на А-отбора под негово ръководство. На 20 март 2007 Стилиян Петров се завръща в отбора за мача с националния отбор на Албания. На 6 септември 2011 година в квалификационен мач за Европейското първенство по футбол през 2012 година, Стилиян Петров подобрява рекорда от 102 изиграни мача на Борислав Михайлов за българския национален отбор по футбол, след като изиграва мач номер 103 с националната фланелка. Сега рекордът му е 106 мача.