Paluun jälkeen hänet kutsuttiin maajoukkueen kakkosvalmentajaksi Kalevi Tuomisen pariksi. Yhdessä Tuomisen kanssa Petersen valmensi Suomen Tokion olympialaisiin. Vuonna 1969 Petersen nousi maajoukkueen ykkösvalmentajaksi. Hän toimi pestissä vuoteen 1972 saakka, jolloin hän piti välivuoden valmentamisesta. Petersen palasi maajoukkueeseen vuonna 1973 ja toimi päävalmentajan tehtävissä vuoteen 1982 saakka. Petersen oli mukana nostamassa Suomea vuoden 1995 EM-kisoihin. Lisäksi hän toimi Panttereiden valmennusryhmässä.