Petersen var en flittig forsker, hvilket resulterede i en stor skriftlig produktion. Sammen med matematikeren [[Axel Anthon Bjørnbo]] skrev han ''Fyenboen Claudius Claussøn Swart (Claudius Clavus): Nordens Ældste kartograf'' ([[1904]], tysk udgave [[1909]]), en monografi om kartografen [[Claudius Clavus]]. Foruden egne arbejder i mange forskellige genrer, bl.a. ''Den Collinske Manuskriptsamling (1930)'', ''Stenalder, Broncealder, Jernalder'' (1938), ''Det Kongelige Biblioteks Haandskriftsamling'' (1943) og ''Den danske Litteratur fra Folkevandringstiden til Holberg'' (1916-29; 1. del af ''Illustreret dansk Litteraturhistorie'' af bl.a. [[Vilhelm Andersen]]), var han også en flittig udgiver med bl.a. ''Sønderjydske digte på folkesproget'' (1920, sammen med [[Marius Kristensen]]), [[Ludvig Holberg]]s ''Samlede Skrifter'' (fra [[1913]] til [[1943]] i 17 store [[folio]]bind, i [[1963]] udkom et bind 18 af [[Aage Hansen (filolog)|Aage Hansen]] og [[F.J. Billeskov Jansen]] med tekstkritik og noter), [[Johan Ludvig Heiberg]]s ''Poetiske Skrifter'' (1931-32 i 3 bind) og udvalgte ''Digte'' af [[N.F.S. Grundtvig]] (1913).
Litteratur Titler Samfund Historie Videnskab Organisationer Uddannelsesinstitutioner Universiteter