W 1920 roku objął funkcję szefa sztabu Robotniczo-Chłopskiej Floty Czerwonej. Rok później został komendantem Akademii Morskiej i pełnił tę funkcję do 1923 roku. W lutym 1924 roku został usunięty z czynnej służby i zajął się działalnością naukową. Z tego okresu pochodzi większość jego książek i artykułów dotyczących teorii wojny morskiej, jej taktyki i strategii oraz historii marynarki wojennej. W połowie 1927 roku, powołany przez nowego szefa floty, Romualda Muklewicza, powrócił do czynnej służby i pracy sztabowej. Występował przeciwko planom redukcji floty, wspieranym przez marszałka Tuchaczewskiego, wskazując jej ważną rolę w obronie kraju. Ostatecznie, na posiedzeniu sztabu Armii Czerwonej w maju 1928 roku, po wystąpieniach obu oponentów, podjęto decyzję o przyjęciu racji Pietrowa i zachowaniu stanu posiadania marynarki wojennej, a następnie jej rozbudowie.
W 1929 roku mianowany profesorem. 12 października 1930 roku został aresztowany, prawdopodobnie w następstwie fałszywego donosu, i uwięziony. Zwolniony w 1932 roku, nie powrócił już do czynnej służby. W 1935 roku, po przywróceniu stopni wojskowych, został kapitanem I rangi (odpowiednik komandora). Ponownie aresztowany w 1938 roku, w okresie wielkiego terroru, został rozstrzelany w nieznanym miejscu. Zrehabilitowano go w latach 60.