Den 14. desember 1988 ble Pettersson anholdt for mordet på Olof Palme. Den 27. juli 1989 ble han i funnet skyldig og dømt til livsvarig fengsel. Dommen ble avsagt under dissens hvor lekdommerne stemte for domsfellelse mens de to juridiske dommerne ønsket Pettersson frikjent. Den 2. november samme år ble han frifunnet av en enstemmig på grunn av manglende bevis og feil begått under vitnekonfrontasjon.