Petersen a Carl Zeiss Jenában kezdte profi karrierjét, majd az Energie Cottbus után 2011 nyarán a Bayern Münchenhez igazolt, az egyik legnagyobb ígéretnek tartották. A bajoroknál azonban nem tudta beverekedni magát az első csapatba, így a 2012–2013-as szezont kölcsönben töltötte Brémában.
A Werdernél 35 meccsen 11 gólt szerzett, a klub pedig úgy döntött, hogy végleg átigazolja a korábbi U21-es válogatott támadót.