Ved hjemkomsten til Norge ble han Naval Officer in Charge (NOIC) i Kristiansand og i september 1945 tjenestegjørende offiser i Admiralstaben. Fra 1946 til 1950 var han sjef for Sjøforsvarets Torpedoinspeksjon og sjef for Sjøforsvarets Elektrikerskole i Horten. I 1948 ble Pettersen adjutant for HKH Kronprins Olav og utnevnt til orlogskaptein. I 1950 ble han nestkommanderende på KS «Norge» og så skipssjef på korvetten «Sørøy» før han igjen ble nestkommanderende på KS «Norge». I 1951 ble han skipssjef på jageren «Narvik», senere Nestkommanderende og Hovedlærer i Navigasjon på Sjøkrigsskolen. I 1952 ble han Skipssjef jageren «Arendal», senere Mineavdelingsleder ved Minevesenet i Horten. I 1954 ble han utnevnt til kommandørkaptein og Sjef for planavdelingen i Admiralstaben og i Tjenestegjørende offiser i Plan, Policy and Operations Section i NATOs hovedkvarter i SHAPE utenfor Paris. Høsten 1957 ble han utnevnt til kommandør og Sjef for teknisk avdeling. I 1958 Midlertidig sjef for Sjøkrigsskolen. Og i 1960 Sjef for Forsyningsstaben i Sjøforsvarets overkommando (SOK) og samme år Overadjutant for H.M. Kong Olav. Fra 1962 til 1974 var han sjef for Sjøforsvarets forsyningskommando og ansvarlig for gjennomføringen av Flåteplanen av 1960. I 1970 ble han utnevnt til kontreadmiral. Fra 1974 til 1977 var han sjef for den norske militærmisjon i Washington DC og forsvarsattache i USA og Canada. I 1977 ble han lærer i navigasjon på Sjøkrigsskolen.