Petrov võitis olümpiakulla 1972. aastal Sapporos ja 1976. aastal Innsbruckis ja hõbeda 1980. aastal Lake Placidis. CSKA ridades krooniti ta Nõukogude liidu meistriks 11 korral. Profikarjääri lõpetas ta 1983. aastal Leningradi SKA-s mängides.

Koos Boris Mihhailovi ja Valeri Harlamoviga moodustasid nad jäähokiajaloo ühe vägevaima ründekolmiku. 2006. aastal nimetati Petrov Rahvusvahelise Jäähokiliidu (IIHF) Kuulsuste Halli. 1990-ndate aastate keskel oli Petrov Venemaa jäähokiliidu president.

Petrov suri eile Moskva aja järgi kell 16 pika võitluse järel vähiga.