Балканската война го заварва като командир на 5-и пехотен Дунавски полк в Русе. На този пост той е назначен на 8 март 1912 г. Участва в сраженията на българската войска при Бунархисар и Люлебургас. В настъпателната операция от 16 до 20 октомври 1912 г. фронтът приближава до Цариград. Под командването на полк. Петров, 5-и пехотен Дунавски полк води тежки боеве по линията с. Соуджак – с. Евренджик, където 3-та и 4-та дружина, отстояват на най-ожесточения огън на противника. Поради нервностойността на силите полк. Петров на три пъти иска подкрепления. Загива половината от личния състав, както и част от офицерите, и войниците започват да отстъпват. На 17 октомври 1912 г. около 9,30 часа е ранен с куршум във врата, но отказва да бъде отведен в превързочния пункт и продължава да ръководи боя. В 10,00 часа с извадена сабя вдига в атака „Дивните Дунавци“, но този път е фатално пронизан от 5 куршума в главата и гърдите.