Petrović trenował męską reprezentację Chorwacji trzy razy: w 1995 roku, kiedy ukończyli trzecią w EuroBasket, między 1999 a 2001 rokiem, kiedy ukończyli siódmą w EuroBasket 2001 i w latach 2016-2017; 23 marca 2016 roku Petrović został po raz trzeci w swojej karierze głównym trenerem powołany na stanowisko głównego trenera męskiej reprezentacji Chorwacji. W sierpniu 2016 roku Chorwacji udało się dotrzeć do turnieju Letnich Igrzysk Olimpijskich 2016 roku, zaskakująco wygrywając turniej kwalifikacyjny.
w Turynie we Włoszech. W finałach olimpijskich Chorwacja przegrała w ćwierćfinale turnieju z Serbią. 15 września 2017 roku, po przegranej z Rosją w szesnastce EuroBasket, Petrović zrezygnował z kręgu chorwackiego.