Petersen ble cand. philol i historie i 1914, og ble året etter ansatt som konservator ved Universitetets Oldsaksamling, og bearbeidet bl.a. Gabriel Gustafsons funn fra gravfeltet på Store Dal i Skjeberg med det første bind i serien i 1916. Petersen tok doktorgrad i arkeologi i 1919 med avhandlingen . Dette er fortsatt et standardverk for klassifikasjon av vikingtidens våpen. Den ble fulgt opp med (1928) og (1951).