В університеті Петров брав участь у фольклористичному семінарі Андрія Лободи. Це до великої міри вплинуло на вибір першої наукової кар'єри в галузі етнографії і привело його в Етнографічну комісію Української Академії наук, якою так само керував академік Лобода. В ній Петров працював чи то від 1918-го, чи то від 1924 року (й першу, й другу дату назвав сам Петров, який в автобіографічних довідках часто подавав про себе різну, подеколи взаємозаперечну інформацію). Через хворобу академіка Лободи, і, звичайно, завдяки своєму адміністративному хистові Петров від 1927 року по суті керував усією роботою Етнографічної комісії, крім того, писав і публікував численні студії з етнографії, за які того ж 1927 року отримав срібну медаль Всесоюзного географічного товариства.
Комісія провадила величезну роботу, випускала два періодичні видання, мала чимало працівників і тисячі кореспондентів по Україні. В кінці двадцятих комісії велено було зосередитися на фольклорі радянських трудящих, будівників Дніпрельстану, наприклад, однак сам Петров працював над значно серйознішими темами: «Українські народні леґенди про неплідну матір та ненароджені діти», «Українські народні варіанти леґенди про злих жінок», «Міфологема сонця в українських народних віруваннях» тощо.
Паралельно він займався літературознавством, на початку двадцятих написав ряд украй цікавих досліджень про Григорія Скороводу, дещо пізніше — про Пантелеймона Куліша. 1929 року у Збірнику Академії Наук вийшло його фундаментальне дослідження «Пантелеймон Куліш у п'ятдесяті роки. Життя. Ідеологія. Творчість». За нього він 1930 року отримав докторат від Академії наук, яка після ліквідації університетів дістала право надавати наукові ступені. Його опонентами були Перетц та Лобода.
Але найбільше в передвоєнні роки Петров займався археологією. Він часто виїжджав в експедиції. В широкому діапазоні його тодішніх археологічних зацікавлень на перше місце можна поставити дослідження й кодифікацію так званих «полів поховань» зарубинецької та черняхівської культур. Йдеться про могильники коло сіл Зарубинці та Черняхів на Київщині й аналогічні пам'ятки в інших місцях України, щодо походження яких (слов'янського чи германського) точилася наукова та ідеологічна полеміка. Під редакцією Петрова мав вийти багатотомний «Корпус» пам'яток культури «полів поховань». Війна не дала завершити проект, однак через двадцять років ці дослідження стануть фундаментом для його праці «Етногенез слов'ян».
Він писав і з етнографії, і з літератури, і з філософії, проте написане часто лягало до шухляди. (В короткій автобіографії, поданій 1945 року до Українського Вільного Університету, Петров зазначив, що є автором «до 200 друкованих праць».)
Здається, становище Петрова не надто відрізнялося від того, в якому на переломі двадцятих опинилося чимало з його колеґ — письменників і науковців. Почалося цілеспрямоване нищення української інтеліґенції. Для Петрова певні загрозливі сиґнали пролунали в 1928 році. Це був рік розгрому Академії наук, де він мав достатньо впливову посаду. Розгром почався з того, що офіційно називалося перевиборами Президії. Втратив посаду віце-президента й голови Управи Сергій Єфремов, не було затверджено на Неодмінного секретаря Агатангела Кримського, поза керівництвом опинився Михайло Грушевський. 1928 рік проходив під знаком «викриття» Єфремова, дещо пізніше почалося «викриття» Кримського, в якому, за офіційною інформацією, взяв участь Петров, запланувавши велику статтю, чи навіть брошуру, «Науково-політична діяльність А. Кримського», — але, правда, не дописав і не надрукував її.
Участь у кампанії проти Кримського була відходом від принципів, якщо вони існували. Однак усний виступ проти Кримського, очевидно, не переконав владу в лояльності Петрова. 1929 року, згадувала Полонська-Василенко, Петров отримав запрошення на з'їзд філологів до Праги, але Народний комісаріат освіти, якому підлягала академія, не дав дозволу на подорож. Яким було тоді його формальне становище, добре видно з офіційного документа — резюме комісії, котра 1930 року проводила чистку апарату Академії наук: «Зняти з керівника Етнографічної комісії за допущення політичних вивихів та перекручень як у своїх деяких працях, так і в деяких матеріалах комісії. Зважаючи на визнання своїх помилок, а також зважаючи на його громадську активність за останній час, — залишити Петрова В. П. на некерівній посаді наукового співробітника в Комісії етнографії». Хмари розвіялися, загроза залишилася. Очевидно, в цей час почалася співпраця Петрова з режимом. Він друкував кон'юнктурні статті російською мовою на зразок «Буржуазна фольклористика і проблема стадіальності», в ідейну суть яких, очевидно, не вірив, але вправно імітував риторику «марксистсько-ленінської методології».