Petukhov tok sølv på 30 km fristil, fellesstart under Junior-VM i 2003. Senere samme år debuterte i verdenscupen på 15 km fristil i Lahtis. Han slo ikke ordentlig gjennom i verdenscupen før sesongen 2007/08, da han tok både sine første verdenscuppoeng og senere også sin første topp-ti plassering. Petukhov tok sin første pallplassering i sesongen 2008/09, en andreplass på sprinten i Rybinsk, bak italienske Renato Pasini. Kun to uker senere tok han sin andre pallplassering, en ny andreplass på sprinten i Val di Dentro, kun spurtslått av norske Ola Vigen Hattestad. Under VM i Liberec i 2009 tok han 9.-plass på sprinten i fristil. Petukhov ble nummer seks i verdenscupen i sprint og nummer 24 i verdenscupen sammenlagt denne sesongen.