Hij werd in 1962 benoemd tot manager van het Deense nationale team, ter vervanging van Arne Sørensen, die Denemarken bij de Olympische Zomerspelen van 1960 naar zilveren medailles had geleid. Helaas voor Petersen werden de meeste van de zilveren medaillewinnaars van 1960 nu verbannen uit het amateur-nationale team omdat ze professionele contracten hadden getekend, en het Deense voetbal had geen amateurspelers om het succes op te volgen. Hij bracht Denemarken op de vierde plaats van de vier deelnemers aan de Europese Natiesbeker van 1964.
, die in de kwalificatiewedstrijden het nationale voetbalteam van Malta, het nationale voetbalteam van Albanië en het nationale voetbalteam van Luxemburg heeft verslagen. Poul Petersen had tot november 1966 47 wedstrijden voor Denemarken, waarvan hij 17 won en 22 verloor.