Le 4 reti realizzate nelle 7 partite disputate con il Charley lo misero tanto in evidenza che il commissario tecnico della nazionale uruguaiana, Leonardo De Lucca decise di convocarlo in vista del Campeonato Sudamericano de Football 1923. Petrone esordì in nazionale durante la competizione, il 4 novembre 1923 contro il , venendo impiegato da interno sinistro (il centravanti era infatti Pedro Cea): in quell'incontro segnò anche il suo primo gol in nazionale, quello che fissò il risultato sul 2-0 all'88º minuto. Nel corso del Campeonato Sudamericano giocò tutte e tre le gare, segnando in ognuna di esse: con 3 gol fu quindi capocannoniere, insieme all'argentino Vicente Aguirre. Petrone tornò a vestire la maglietta celeste dell'Uruguay nel 1924, in occasione dei Giochi olimpici di : la sua prima partita in quel torneo fu Uruguay- 7-0 del 26 maggio, in cui realizzò due reti. Nell'incontro successivo, il 29 maggio contro gli , Petrone segnò una tripletta, risultando decisivo per la vittoria per 3-0 della sua squadra. Il 1º giugno contro la marcò una doppietta (la gara finì 5-1); nella finale contro la del 9 giugno Petrone fu autore del primo gol della partita, che si concluse con la vittoria per 3-0 dell'Uruguay, con un tiro molto potente. Dopo tre amichevoli contro l' tra il settembre e l'ottobre 1924, il centravanti partecipò al Sudamericano 1924, realizzando tre reti nella gara d'esordio contro il (19 ottobre). Nel corso della manifestazione tornò a segnare contro il (26 ottobre), e con 4 gol fu ancora una volta il miglior marcatore del torneo, questa volta in solitaria.