Poco después, Petrichenko viaja a Riga, donde visita la embajada soviética, siendo reclutado por la GPU, como agente del Servicio de Inteligencia del Ejército Rojo en Finlandia. En agosto de 1927, Petrichenko llega de nuevo a Riga, donde la embajada le otorga un permiso para visitar la Unión Soviética vía Letonia. De regreso a Finlandia, trabaja en una fábrica de celulosa en hasta 1931, cuando es despedido de la fábrica por reducción de personal y traslada su residencia a Helsinki. En 1937, renuncia a continuar su cooperación con la inteligencia soviética, sin embargo luego se decidió a continuar. Con el inicio de la Segunda Guerra Mundial la actividad de Petrichenko se reorientó a la averiguación de las actividades militares de Alemania y sus aliados. Petrichenko envió algunos mensajes importantes sobre la preparación de Alemania en la guerra contra la Unión Soviética. En 1941, Petrichenko es arrestado por las autoridades finesas.