Han ble en umiddelbar suksess i den sveitsiske ligaen, noe de større klubbene rundt om i Europa la merke til. Etter 61 kamper og 20 mål, gikk ferden videre til Tyskland, og den ambisiøse klubben VfL Wolfsburg. I 2005, etter fire nokså suksessfulle år i Bundesliga, ble Petrov kjøpt av det spanske hovedstadslaget Atletico Madrid for 10 millioner euro. Den 24. juli 2007 etter konstante spekulasjoner om at Petrov var på vei bort fra klubben, ble det rapportert at Atletico Madrid hadde satt en startpris på 6,2 millioner pund. Det kom rapporter om interesse fra Premier League-klubbene Tottenham Hotspur, og Manchester City.