В апреле 1987 года Шраер-Петров и его семья получили долгожданное разрешение на выезд. Они покинули СССР 7 июня 1987 года. В конце лета, проведя транзитные месяцы в Австрии и Италии, они приземлились в США. Местом жительства писателя стал Провиденс, столица Род-Айленда, самого маленького североамериканского штата. В Браунском университете он приступил к исследованиям по разработке экспериментальной модели рака кожи — меланомы, которые завершились созданием эффективных комбинаций антимеланомных вакцин и химиотерапевтических препаратов, направленных против одного из тяжелейших видов злокачественных опухолей. В Род-Айленде Шраер-Петров прожил почти двадцать лет, продолжая делить время между художественной литературой и научной работой в области экспериментальной иммунологии и химиотерапии рака. В общей сложности д-р Д. П. Шраер (D. P. Shrayer) опубликовал более ста статей по микробиологии, иммунологии и эпидемиологии и онкологии в советских, американских и западно-европейских научных изданиях.
Эмигрировав в США, на спаде Третьей волны, Шраер-Петров стал подписывать свои литературные публикации двойной фамилий, которая лапидарно выражает историю его творческой карьеры до и после России. Со времени эмиграции вышло семь сборников стихотворений Шраера-Петрова, среди которых «Вилла Боргезе» (Холиок, Масс., 1992), «Питерский дож» (Санкт-Петербург, 1999), «Форма любви» (Москва, 2003) и другие. Публикации последних двух десятилетий включают шесть романов (в том числе роман-фантелла «Замок Тыстемаа»; Таллинн, 2001), второй том литературных воспоминаний («Москва Златоглавая»; Балтимор, 1994) и пьеса «Мустафа, или золотой портсигар» (2005). В ряде рассказов («Осень в Ялте»; «За оградой зоопарка» и др.), а также в романах «Герберт и Нэлли», «Французский коттедж» (Провиденс, 1999) и «Модель жизни» (опубл. в журнале «Мосты» в 2009), научные изыскания и медицинский опыт писателя переплетаются с его художественными интересами. В 2004 году в Санкт-Петербурге вышли составленный Давидом Шраером-Петровым и Максимом Д. Шраером том «Стихотворений и поэм» Генриха Сапгира (Малая библиотека поэта) и написанная ими совместно первая книга о Сапгире «Генрих Сапгир: Классик авангарда». Время от времени Шраер-Петров выступает в печати как критик; его перу принадлежит работа «Искусство как излом» (1995), развивающая формулу В. Шкловского.
Автобиографический роман Шраера-Петрова «Странный Даня Раев» вошел в составленный из двух новых романов сборник «Эти странные русские евреи» (Москва, 2004; лонг-лист Бунинской премии-2005; второй роман сборника, «Савелий Ронкин», входил в лонглист премии «Русский Букер»-2004). Хитросплетения эмигрантской действительности, браки и любовные отношения между евреями и неевреями продолжают питать творчество Шраера-Петрова в его нынешней, внешне спокойной жизни еврейско-русско-американского писателя в Новой Англии, о чем свидетельствует книга избранных рассказов «Карп для фаршированной рыбы» (Москва, 2005; лонглист Бунинской премии 2006). При этом с каждым годом в ландшафтах и городских пейзажах стихов, романов и рассказов Шраера-Петрова оказывается все больше и больше американских персонажей. В переводе на английский в последние годы вышло две книги прозы Давида Шраера-Петрова, «Jonah and Sarah: Jewish Stories of Russia and America» (Syracuse, 2003) и «Autumn in Yalta: A Novel and Two Stories» (Syracuse, 2006). В 2007 Шраер-Петров и его жена переехали в Бостон, чтобы жить поближе к сыну и его семейству. Он продолжает плодотворно работать в литературе, и его новые произведения, среди которых «Водка с пирожными. Роман с писателями» (Санкт-Петербург, 2007), сборник стихов «Две книги» (Филадельфия, 2009) и эта мемуарная книга о жизни писателя в науке и медицине, находят путь к читателям России и зарубежья.