С 27 февраля 2014 года — министр юстиции в правительстве Арсения Яценюка. Является противником разрыва Харьковских соглашений с Россией. 1 апреля 2014 года Павел Петренко сказал, что Украина не будет денонсировать соглашения с Россией по Черноморскому флоту, а также, что «если Россия в одностороннем порядке будет увеличивать цену на газ, мы также со своей стороны будем насчитывать ту цену, которая по существующей формуле является действительной, без учета этой денонсации, пусть россияне тогда попробуют в международных судах доказать свою правоту».