Geschichte Roms
Petersohn befasste sich jahrzehntelang mit der Geschichte Roms. Seit Anfang der sechziger Jahre arbeitete er im Deutschen Historischen Institut in Rom und erschloss im Vatikanischen Archiv und der Vatikanischen Bibliothek ungedrucktes Quellenmaterial. Ab 1974 veröffentlichte er zahlreiche und grundlegende Beiträge über Rom und das Kaisertum in der salischen und der staufischen Epoche. Grundlegend wurde seine 1974 veröffentlichte Studie über den 1188 geschlossenen Vertrag des Römischen Senats mit Papst Clemens III.