В период с 27 декабря 1934 по 17 декабря 1936 г. Петров являлся слушателем 2-й Военно-авиационной школы командиров звеньев в Москве.

После окончания военно-авиационной школы Петров был направлен на должность командира звена 93-го мотомеханизированного авиационного отряда в Киевский военный округ. С 13 декабря 1938 г. он переходит на должность помощника командира 52-й отдельной разведывательной авиаэскадрильи. В составе эскадрильи участвовал в операции по присоединению территории Западной Украины с сентября по октябрь 1939 г. С февраля 1940 г. исполнял обязанности командира данной эскадрильи. В августе 1940 г. Петров был назначен командиром авиаэскадрильи 138-го скоростного бомбардировочного авиаполка.

С 10 октября 1940 г. В. А. Петров – командир 5-й отдельной корпусной авиаэскадрильи 3-го авиакорпуса, располагавшегося в Белоруссии. В этой должности капитан Петров встретил начало Великой Отечественной войны. Пилоты 3-го авиакорпуса одними из первых приняли участие в воздушных боях на границе, наносили удары по скоплениям немецких войск и аэродромам в восточной Польше, колоннам бронетехники врага в Белоруссии, активно участвовали в поддержке контрударов пехоты на Западном фронте. Именно в составе 3-го авиакорпуса служил и совершил свой подвиг командир эскадрильи капитан Н. Ф. Гастелло.

Эскадрилья в период командования ею Петровым совершила свыше 400 боевых вылетов на Юго-Западном фронте для прикрытия железнодорожных узлов и складов, обеспечивала разведку расположения войск противника, кроме того, отразила 24 воздушных налёта вражеской авиации на железнодорожные станции Бахмач и Нежин на Украине, заставив противника сбросить бомбы мимо целей.

Майор Петров лично совершил 38 боевых вылетов на прикрытие железнодорожных узлов, разведку войск противника на территории левобережной Украины. При выполнении боевых заданий самолёт Петрова трижды имел повреждения от огня зенитной артиллерии противника, один раз был ранен, но всегда возвращал боевую машину на свой аэродром.

С октября 1941 г. Петров исполнял обязанности командира 600-го ночного бомбардировочного авиаполка, лично формировал его и хорошо подготовил личный состав. В апреле 1943 г. полк был переименован в 600-й транспортный авиаполк особого назначения 4-й авиадивизии особого назначения ВВС Красной армии. Лётчики данного авиаполка выполняли особые задания Ставки Верховного главнокомандования и командования ВВС Красной армии, занимались в основном перевозкой раненых, людей и грузов к партизанам, срочных пакетов. Командир постоянно поддерживал личный состав и технику для выполнения любых заданий в отличном состоянии.

К августу 1943 г. 600-й авиаполк под командованием майора Петрова совершил более 13000 вылетов из них 1333 ночью, перевёз более 539 тонн грузов, 938 человек раненых и пассажиров, совершил 9 боевых вылетов на доставку особо важных грузов на Ленинградский фронт. Командир полка майор Петров лично в напряжённой обстановке под Сталинградом совершил 9 боевых вылетов по доставке особо важных грузов и боеприпасов войскам Сталинградского фронта. Петров лично руководил всеми боевыми вылетами полка, повседневно и настойчиво проводил обучение лётчиков, к августу 1943 г. было переучено 60 лётчиков на новые типы самолётов, в том числе подготовлено 20 экипажей для ночных вылетов. Майор Петров летал на самолётах У-2, Р-5, СБ, Як-6 днём и ночью на отлично, его общий личный налёт к августу 1943 г. составил 1224 часа.

За отличное выполнение боевых заданий командования, хорошее руководство полком и большую проделанную боевую работу командир авиаполка майор Петров приказом Главнокомандующего Военно-воздушными силами РККА №050 от 6 сентября 1943 г. награждён орденом Красной Звезды.