2012 nahm sie als Spielführerin der Mannschaft an der U-20-Weltmeisterschaft in Japan teil und spielte bei der WM auf der Sechser-Position. Alle drei Gruppenspiele konnte die U-20-Auswahl für sich entscheiden (gegen China 4:0, Ghana 1:0 und USA 3:0) und zog mit neun Punkten und einem Torverhältnis von 8:0 Toren in das Viertelfinale ein. Dieses konnte die Mannschaft mit Petzelberger gegen die Auswahl aus Norwegen mit 4:0 für sich entscheiden. Im Halbfinale traf die Mannschaft auf den Gastgeber Japan, das Spiel gewann die deutsche Elf mit 3:0 und zog damit in das Finale gegen die Vereinigten Staaten ein, das mit 0:1 verloren ging. Ramona Petzelberger bestritt alle Begegnungen über 90 Minuten.