W 1981 Petraeus został adiutantem dowódcy 24 Dywizji Piechoty Zmechanizowanej. Spędził znaczną część lat 80. w Fort Leavenworth i West Point, pobierając dalsze wykształcenie wojskowe. Zdobywszy doktorat i wciąż wykładając w West Point, Petraeus wspinał się po kolejnych szczeblach kariery, zostając asystentem gen. , Naczelnego Dowódcy Połączonych Sił Zbrojnych NATO w Europie, a następnie gen. , Szefa Sztabu US Army w Waszyngtonie.
Po awansie na podpułkownika (ang. lieutenant colonel) Petraeus trafił do Fort Campbell w Kentucky, gdzie w latach 1991–1993 dowodził 3. batalionem 187. pułku piechoty 101 Dywizji Powietrznodesantowej. W tej roli przeżył wypadek, który mógł skończyć się jego śmiercią – podczas ćwiczeń z ostrą amunicją jeden z żołnierzy potknął się i jego karabin wystrzelił, trafiając Petraeusa w klatkę piersiową. Przewieziono go do Vanderbilt University Medical Center w Nashville, gdzie przeszedł operację, którą przeprowadził przyszły senator, Bill Frist. Petraeus został zwolniony ze szpitala już po kilku dniach, kiedy wykonał pięćdziesiąt pompek bez odpoczynkuAtkinson, Rick, In the Company of Soldiers: A Chronicle of Combat (New York City: Henry Holt & Co., 2004, ), p. 38.. thumb|David Petraeus w lutym 2004, jeszcze jako generał dywizji US Army W latach 1993–1994 Petraeus wciąż pracował w 101.