I sesongens første løp i Australia kvalifiserte Petrov til 6.-plass — karrierens beste til da — og sikret seg sin første pallplassering i Formel 1 da han fullførte løpet på tredjeplass bak vinneren Sebastian Vettel og Lewis Hamilton. I Malaysia lå Petrov igjen an til en poengplassering, til han kjørte ut av banen i en sving. Da han forsøkte å komme seg inn på banen igjen traff han en hump ved en dreneringsgrøft, noe som løftet bilen hans opp i lufta og knakk rattstammen da han traff bakken igjen. Under kvalifiseringen til Kinas Grand Prix fikk Petrovs bil et teknisk problem etter at han hadde oppnådd den fjerde raskeste tiden i Q2. Som følge av dette kunne han ikke delta i Q3 og han måtte starte i 10. posisjon og fullførte løpet på niendeplass. I Monaco ble Petrov kjørt til sykehus etter en krasj som involverte Adrian Sutil, Lewis Hamilton og Jaime Alguersuari. Krasjen stoppet løpet i 20 minutter før det kunne restartes. Han ble utskrevet fra sykehuset samme dag.