Petrov ble olympisk mester under Vinter-OL i 1972 i Sapporo. Han var med på det sovjetiske laget som vant ishockeyturneringen foran USA og Tsjekkoslovakia. Det var seks lag som spilte i A-gruppen. Det ble spilt en enkeltserie der alle lagene møttes en gang. Sovjetunionen vant serien med ti poeng foran USA og Tsjekkoslovakia, som begge fikk seks poeng. Petrov spilte fire kamper i OL-turneringen.