Petrik ble olympisk mester i turn to ganger under sommer-OL 1968 i Mexico by. Hun vant konkurransen i frittstående sammen med Věra Čáslavská fra Tsjekkoslovakia. Hun var også med på det sovjetiske laget som vant lagkonkurransen i mangekamp for damer foran Tsjekkoslovakia og Øst-Tyskland. Petrik kom på tredjeplass i bom bak.