Родившись в Трубчевске в 1896 году, он начал свою военную службу в Красной Армии в 1918 году, когда он также вступил в партию большевиков. Петров участвовал в Гражданской войне в России под Самарой, в войнах между СССР и Польшей в 1920 году и восстании басмачей в 1922 году. В конце 1920-х и 30-х годах Петров служил в Средней Азии.

Во время Второй мировой войны Петров участвовал в битве при Одессе, битве за Севастополь и был известен тем, что возглавлял Отдельную прибрежную армию с октября 1941 года по июль 1942 года, а в ноябре 1943 года - феврале 1944 года 44-я армия в августе-октябре 1942 года Черноморская армия Группа, Северокавказский фронт, 33-я армия 1944 года, 2-й Белорусский фронт, 4-й Украинский фронт и ряд других подразделений. В апреле – июне 1945 г. Петров был начальником штаба 1-го Украинского фронта.

29 мая 1945 года Петрову было присвоено звание Героя Советского Союза. Соединенные Штаты наградили его орденом за выдающийся служебный крест в военном департаменте США № 3 от 1944 года.

После войны Петров командовал Туркестанским военным округом и был генеральным инспектором сухопутных войск. Петров скончался в Москве в 1958 году и похоронен на Новодевичьем кладбище.