Petersens viktigste innsats var som pedagog. Han var hjelpelærer for elementærklassen ved Den kongelige Tegneskole allerede i 1873, og assistent for sin far samme sted. Han ble ansatt som lærer, og var fra 1884 overlærer i frihånds-, konstruksjons- og perspektivtegning frem til 1920. Frihåndstegningen var hans hovedfag.