Khoảng năm 1920, Petrov được chuyển đến Trung Á và tham gia đàn áp của phong trào Basmachi, một cuộc nổi dậy của người Hồi giáo chống lại sự cai trị của Nga và Liên Xô. Sau đó, ông đã chiến đấu chống lại quân nổi dậy ở Kavkaz trước khi được gửi đến Trường bộ binh Tambov, tốt nghiệp tại đây năm 1923. Khi còn ở trường, ông đã tham gia vào cuộc đàn áp cuộc nổi loạn Tambov. Ông tốt nghiệp trường chính trị Zakavkaz năm 1925. Năm 1932, ông tốt nghiệp khóa huấn luyện chỉ huy thiết giáp.[1] [5]

Petrov từng là chỉ huy một tiểu đoàn huấn luyện trong Lữ đoàn cơ giới số 1, trước khi chiến đấu trong Nội chiến Tây Ban Nha, từng là một tiểu đoàn trưởng trong lữ đoàn xe tăng của Dmitry Pavlov từ tháng 10 năm 1936 đến tháng 6 năm 1937, được trao tặng Huân chương Sao đỏ vào ngày 2 tháng 1 năm 1937.[6] Ngày 21 tháng 6 năm 1937, ông được trao tặng danh hiệu Anh hùng Liên Xô và Huân chương Lenin vì khả năng lãnh đạo của mình.

Trở về Liên Xô, ông lần lượt là chỉ huy cấp tiểu đoàn, lữ đoàn xe tăng. Năm 1937, ông trở thành chỉ huy một sư đoàn xe tăng. Tháng 6 năm đó, ông trở thành chỉ huy của Quân đoàn cơ giới số 5.[4]

Petrov cũng trở thành một thành viên của Xô viết Tối cao Liên Xô khóa đầu tiên. Năm 1938, quân đoàn của ông được chuyển đổi thành Quân đoàn xe tăng 15. Ông tham gia vào cuộc xâm chiếm Ba Lan của Liên Xô vào tháng 9 năm 1939, trong thời gian đó ông lãnh đạo quân đoàn trong Trận Grodno.[7] Trong chiến dịch này, quân đoàn đã được tiếp tế nhiên liệu bằng dù.[8] Ngày 4 tháng 6 năm 1940, ông được thăng cấp Thiếu tướng. Tháng 7 năm 1940, ông trở thành phó chỉ huy Quân đoàn cơ giới 6. Tháng 10, ông trở thành thanh tra thiết giáp tại Quân khu đặc biệt miền Tây. Năm 1941, Petrov tốt nghiệp các khóa học cao cấp tại Học viện Quân sự của Bộ Tổng tham mưu. Ngày 11 tháng 3 năm 1941, ông được bổ nhiệm làm tư lệnh Quân đoàn cơ giới số 17, [3][4] đóng quân gần Slonim.[9] Quân đoàn cơ giới thứ 17 là một biên chế khung cán bộ, chỉ được trang bị 36 xe tăng.[10]