dowolnym), 25 stycznia 2009 w Otepää (drugi w sprincie s. klasycznym), 28 listopada 2009 w Ruce (drugi w sprincie s. klasycznym), 4 grudnia 2010 w Düsseldorfie (trzeci w sprincie s. dowolnym) i 25 listopada 2011 w Ruce (trzeci w sprincie s. klasycznym).
W 2010 roku brał udział w igrzyskach olimpijskich w Vancouver, gdzie razem z Petterem Northugiem wywalczył złoty medal w sprincie drużynowym techniką dowolną. Na tych samych igrzyskach wystąpił także w sprincie indywidualnym stylem klasycznym. W finale tej konkurencji do połowy dystansu biegł na trzeciej pozycji, jednak na jednym z zakrętów zderzył się z Kazachem Aleksiejem Połtoraninem. Upadek wykluczył obu zawodników z walki o podium. Na sześciu startujących w finale Kazach był ostatecznie piąty, a Norweg szósty. Były to jego jedyne starty olumpijskie. Na rozgrywanych rok później mistrzostwach świata w Oslo rywalizację w sprincie indywidualnym stylem dowolnym Pettersen zakończył na 41. pozycji.
W 2018 zakończył karierę.
Żonaty z Ellen Sandbakken; para ma córkę, Odę (ur. 2012).