Petrović oli kolm korda juhtinud Horvaatia meeste korvpallimeeskonda: 1995. aastal, kui nad lõpetasid EuroBasketis kolmandana, aastatel 1999-2001, kui nad lõpetasid 2001. aasta EuroBasketis seitsmendana, ja aastatel 2016-2017. 23. märtsil 2016 nimetati Petrović Horvaatia vanemate meeste rahvuskoondise treeneriks kolmandat korda oma karjääri jooksul. 2016. aasta augustis jõudis Horvaatia 2016. aasta suveolümpiamängude turniirile, võites üllatavalt kvalifikatsiooniturniiri.
Itaalias Torinos. Olümpiamängude finaalis kaotas Horvaatia turniiri veerandfinaalis Serbia käest. 15. septembril 2017, pärast kaotust võõrustaja Venemaale EuroBasketis, astus Petrović Kroatia pingilt tagasi.