Петрович е бил треньор на хорватския мъжки национален баскетболен отбор три пъти: през 1995 г., когато завършва трети на Евробаскет, между 1999 и 2001 г., когато завършва седми на Евробаскет 2001 и от 2016 до 2017 г.; на 23 март 2016 г. Петрович е назначен за главен треньор на старшия мъжки национален отбор на Хърватия за трети път в кариерата си на главен треньор. През август 2016 г. Хърватия успява да достигне до турнира на Летните олимпийски игри през 2016 г., като изненадващо печели
квалификационен турнир в Торино, Италия. На олимпийските финали Хърватия загуби от Сърбия в четвъртфиналите на турнира. На 15 септември 2017 г., след загубата срещу Русия на Евробаскет, Петрович подава оставка от пейката на Хорватия.