Etter at kronprins Carl overtok styret under kongens sykdom og presset statsråd Vogt til å gå av i 1858, ble Petersen som eldste statsråd formann i regjeringen i Christiania. Men regjeringens virkelige leder var kongens personlige venn Birch-Reichenwald, som var blitt statsråd etter Vogts avgang. I 1859 begynte stattholderstriden, etter at kong Karl under press fra svenske politikere gikk tilbake på løftet han hadde gitt den norske regjeringen om å oppheve stattholderposten i Norge. I 1860 utarbeidet den svenske regjeringen et krav om en revisjon av unionsforholdet mellom Norge og Sverige. I sitt svarskriv hadde den norske regjeringen lagt inn to «hentydninger» til kongens og den svenske regjeringens standpunkt i stattholdersaken før striden brøt ut i 1859. Hentydningene endte med en regjeringskrise: Kong Carl reiste til Christiania, og Petersen og Birch-Reichenwald måtte søke avskjed. Frederik Stang kom inn igjen i statsrådet som formann for regjeringen i Christiania.