26 września 2006 został trenerem klubu rumuńskiej Divizii A Unirea Urziceni. Dwa i pół roku później zdobył z nim pierwsze w historii mistrzostwo kraju, a następnie awansował do fazy grupowej Ligi Mistrzów, gdzie m.in. dzięki zwycięstwo nad Rangers (4:1) i FC Sevilla (1:0) klub zajął trzecie miejsce, premiowane grą w Lidze Europy. W grudniu 2009 rozwiązał kontrakt z Unireą. Wywołało to spekulacje mediów, które sugerowały, że trener jest bliski objęcia posady w jednym z zespołów europejskich. Kilka tygodni wcześniej Rumun - bezskutecznie - ubiegał się o stanowisko selekcjonera reprezentacji SzkocjiBBC: Dan Petrescu is among 20 applicants for Scotland job (Dostęp 26 grudnia 2009).
29 grudnia 2009 został trenerem Kubania Krasnodar. Po dymisji Henryka Kasperczaka pojawił się w gronie kandydatów do przejęcia Wisły Kraków, lecz ostatecznie został w Kubaniu. Kubań trenował do 14 sierpnia 2012.
Od czerwca 2015 roku Petrescu sprawuje funkcję trenera rumuńskiego klubu ASA Târgu Mureș.