I 2007 ble Petraeus forfremmet til general. Han ble valgt til leder av Irak-styrken av det amerikanske senatet med avstemningsresultatet 81-0 den 26. januar 2007. Han tiltrådte 10. februar samme år. Han etterfulgte general George Casey på denne posten. Som leder av den amerikanske styrken i Irak styrte han USAs militære styrker i landet og implementerte Bush-regjeringens Irak-strategi. 16. september 2008 overtok general Raymond T. Odierno denne stillingen.