Ему предложили убить начальника охранного отделения генерала Герасимова.
В качестве помощников при осуществлении этой задачи, а также для наблюдения за поведением самого Петрова вместе с ним в Петербург выехали члены боевой организации террористы Бартольд и Луканов90.
В это время генерал Герасимов, которому в связи с разоблачением Азефа пришлось оставить должность Начальника охранного отделения, проживал в Петербурге, но так как по установленному им заранее порядку адрес его частной квартиры сохранялся в тайне, то Петров не имея возможности его узнать оставил в охранном отделении письмо на имя генерала, в котором, извещая о своем возвращении в Петербург, просил о личной встрече.
Опытный и осторожный Герасимов Петрову в этой просьбе отказал, однако, хотя новое служебное положение генерала и исключало всякое касательство к делам политического розыска, он все же поинтересовался спросить назначенного на его место полковника Карпова, давно ли Петров вернулся в Петербург и какую ведет работу. Как пишет генерал Герасимов в своих мемуарах, определенного ответа на вопросы не последовало и разговор закончился признанием полковника Карпова91, что новое начальство категорически запретило ему вести с генералом Герасимовым какие-либо беседы о Петрове.
Неудавшаяся попытка убить Герасимова при личном свидании привела Петрова и его спутников Бартольда и Луканова к мысли заманить его в ловушку при содействии охранного отделения. С этой целью Петров сказал полковнику Карпову, что будто бы он добился свидания с генералом Герасимовым и что тот крайне обижен тем, что на обещанный ему пост товарища министра внутренних дел назначили не его, а генерала Курлова92, предложил Петрову убить Курлова.
Справедливость этого заявления, которому и Курлов, и Карпов поверили, Петров просил позволения доказать и предложил Карпову заманить Герасимова на конспиративную квартиру с тем, чтобы генерал Курлов, директор департамента полиции Виссарионов93 и сам Карпов подслушали тот разговор, который он, Петров, будет вести с Герасимовым.
Для осуществления плана Петрова на одной из отдаленных улиц Петербурга наняли небольшую квартиру и одну из ее комнат оборудовали так, чтобы находящиеся в ней слышали все происходившее в соседней. Другие две комнаты были хорошо и уютно обставлены самим полковником Карповым. Привозя по вечерам закуски и выпивку, он вместе с Петровым пользовался этими комнатами в течение всего времени оборудования квартиры для ночных развлечений.
19 декабря 1909 года, накануне того дня, который был окончательно определен для вовлечения генерала Герасимова в ловушку, к Петрову, переселившемуся в оконченную оборудованием квартиру, приехали террористы Бартольд и Луканов. Выслав Петрова на улицу для оповещения их сигналом в случае неожиданного приезда полковника Карпова, Бартольд из окна следил за Петровым, а Луканов спешно устанавливал под стоявшим у дивана круглым столом привезенную с собой адскую машину, проводники от которой он под ковром провел в переднюю. Во время предстоявшей на другой день вечером беседы с генералом Герасимовым, Петров должен был под каким-нибудь предлогом выйти в переднюю, сомкнуть там провода и убить взрывом не только Герасимова, но и подслушивавших в соседней комнате генерала Курлова, Виссарионова и Карпова. Выйдя после взрыва на улицу, он спасался на ожидавшем его там извозчике, кучером на котором был переодетый Бартольд.
Того же 19 декабря вечером, когда все приготовления были уже закончены, и Петров разделся, чтобы лечь спать, он услыхал в передней кашель полковника Карпова. Смертельно испугавшись, чтобы тот в темноте не задел замыкателя и не сомкнул проводов, Петров выскочил в нижнем белье и увидел Карпова, который, показывая пакет с закусками и вином, сказал, что решил использовать квартиру еще в последний раз и попросил Петрова сходить за проживающими в том же доме подругами.
Затем полковник вынул из шкафа посуду и, развязав принесенный пакет, стал устанавливать закуски на том самом круглом столе, под которым Луканов днем поставил адскую машину.
Понимая, что кто-нибудь из посетителей, угощаясь за круглым столом, неминуемо обнаружит стоявший под столом большой предмет, Петров решил воспользоваться данным ему Карповым поручением привести девиц и, выйдя для его исполнения из квартиры, скрыться бегством. Однако, пока он одевался положение неожиданно ухудшилось тем, что Карпов, найдя скатерть недостаточно чистой, пожелал ее сменить. Так как снять скатерть, не обнаружив проведенных от адской машины электрических проводов было невозможно, то Петров оказался в положении, из которого не было другого выхода, как немедленно выскочить в переднюю, сомкнуть там провода и убив Карпова, самому скрыться. Там он и сделал, но когда после взрыва он вышел на улицу, то ожидавший полковника Карпова недалеко от дома извозчик, кучером на котором был переодетый агент охранного отделения, немедленно обратил внимание на человека шедшего в зимнюю стужу без пальто и шапки.