Ved udbruddet af den spanske borgerkrig valgte Petrović at deltage i kampen på den spanske republiks side og rejste til Spanien sammen med sin ven Sreten Dudić under pseudonymet Fernández García. Ved ankomsten blev de to piloter sendt på et 26-dages træningskursus i Albacete, før de blev sendt til fronten. Efter at have deltaget i flere slag, herunder belejringen af Madrid
, Petrović blev dræbt den 12. juli 1937, samme dag han modtog sin femte bekræftede drab. Kort efter hans død ankom hans bror Dobre til Spanien og overtog hans plads i eskadrillen.