Petev je u trenerskoj karijeri najveće uspjehe napravio u Ludogoretsu, s kojim je dva puta bio prvak, dva puta osvojio Superkup i jedan Kup Bugarske.

Nasljednik Dušana Bajevića na klupi Zmajeva već ranije se okušao kao selektor i to na klupi selekcije Bugarske. Petev je Bugarsku predvodio 13 puta, uz pet pobjeda, dva remija i šest poraza. Ovu reprezentaciju nije uspio odvesti na EURO 2016.

Upravo je na klupi bugarskog nacionalnog tima Petev doživio i dva najveća poraza.

Bugarska je 3.juna 2016. godine u prijateljskoj utakmici poražena od Japana 7:2, a četiri dana kasnije od Danske 4:0. Identičnim rezultatom je protiv Bugarske slavila i Turska u prijateljskom meču 2015. godine.

Petev je u trenerskoj karijeri radio i u zagrebačkom Dinamu, gdje nije uspio osvojiti titulu prvaka, a izgubio je i finale Kupa Hrvatske.