Petrović oli valmentanut Kroatian miesten koripallojoukkuetta kolmesti: vuonna 1995, kun he päätyivät kolmanneksi EuroBasketissa, vuosien 1999 ja 2001 välillä, kun he päätyivät seitsemänneksi EuroBasketissa 2001 ja vuosina 2016-2017. 23. maaliskuuta 2016 Petrović nimitettiin kolmanneksi kertaa uransa aikana Kroatian miesten koripallojoukkueen päävalmentajaksi. Elokuussa 2016 Kroatia onnistui pääsemään vuoden 2016 kesäolympialaisiin.
Voittamalla Torinon karsinto-ottelut. Kroatia hävisi neljännesvaiheessa olympiakisoissa Serbialta. 15. syyskuuta 2017 Petrović erosi Kroatian penkiltä sen jälkeen, kun hän hävisi ottelunsa Venäjän kanssa EuroBasketin kahdeksanottoserossa.