Peterson vant den første sprintkonkurransen i verdenscupen i langrenn 2011/12 i Kuusamo 25. november 2011 under Nordic Opening Tour, og vant den påfølgende helgen sprintstafetten i verdenscupen i Düsseldorf sammen med Jesper Modin. Peterson fikk deretter sin første pallplassering i verdenscupen utenom Nordic Opening Tour den 11. desember 2011 da han ble nummer to på sprint fristil i Davos, og han tok sin første individuelle verdenscupseier utenom Nordic Opening Tour den 2. februar 2012 på sprint fristil i Moskva. Peterson vant også den totale sprintcupen under verdenscupen 2011/12 etter å havnet blant topp ti i tolv av tretten sprinter, deriblant to seire, tre andreplasser og en tredjeplass. Peterson deltok igjen i langrenn under vinter-OL 2014 i Sotsji, hvor han tok en sølvmedalje i sprint fristil og en bronsemedalje i lagsprint.