В 1939 году после окончания МЭИ с отличием Борис Николаевич по предложению В. С. Кулебякина был направлен на работу в Комитет телемеханики и автоматики АНСССР, на базе которого позже был создан Институт автоматики и телемеханики, ныне Институт проблем управления.  В этом институте Б. Н. Петров прошел путь от инженера до академика, работая в нем до последних дней своей жизни.    В трудные годы становления  института - с 1947 по 1951 годы - он возглавил его. в годы ВОВ, «Институт эвакуировался в Ульяновск, где перед ним встали новые задачи. Фронту требовалось вооружение, снаряды, патроны. Станки вырабатывали миллионы патронов, но каждый патрон, каждую гильзу приходилось примерять с большой точностью несколько раз, прежде чем выпустить с завода. Почти половина рабочих занимались контролем и браковкой, на что уходила уйма времени. Ручная браковка задерживала изготовление гильз.
Инженер Петров задумался: а нельзя ли автоматизировать процесс браковки? Вместе с профессором В. А. Трапезниковым он решил  разработать такой автоматический станок. Станок локального обмера гильз (ЛОГ) системы профессора Трапезникова и инженера Петрова поступил на вооружение страны в1942». В 1943 году молодой ученый приступил к новой работе, ставшей диссертацией. Бориса Николаевича привлекали автоматические копировальные системы. Многие ученые и конструкторы уже не один год занимались созданием таких станков, которые могли бы сами, без участия человека, по чертежу изготовить детали или копировать готовую деталь. 
     Такие станки были созданы, однако все они работали с большими погрешностями: и точность их не высокая, и производительность низкая. И причина тут в том, что конструкторы и изобретатели шли на ощупь, вслепую, т. к. не было обобщенной теории. Ее надо было разработать. «Борис Николаевич начал с того, - писала в то время газета «Энергетик», - что провел теоретический анализ следящих систем. Для этого ему пришлось самому создать новый метод анализа, создать свою алгебру». В газете «Энергетик» от 7 ноября 1945 года академик М. Н. Лузин писал: «В данном случае автор предлагает с полной наглядностью и свежестью, - я подчеркиваю последнее слово «свежесть», - свою алгебру, очень конкретную и которая совершенно соответствует, по видимому, существу дела».
      Эта диссертация была написана так качественно (глубоко), что ученый Совет предложил ее засчитать, как докторскую и в 1945 году Ученый Совет института автоматики и телемеханики Академии наук СССР постановил на основе успешной защиты диссертации Б. Н. Петровым возбудить ходатайство перед ВАК ВКВШ об утверждении Петрова Бориса Николаевича в ученой степени доктора технических наук.
       К этому времени у Б. Н. Петрова было 8 научных работ и 6 изобретений (справка в Высшую аттестационную Комиссию), хотя стаж научно-технической работы был 6 лет, а педагогический стаж 1 год. В это время он работал в Московском авиационном институте имени Орджоникидзе  (старшим преподавателем), и в Институте Автоматики и Телемеханики АНСССР (старшим научным сотрудником).
В это время Б. Н. Петров серьезно занимается методикой составления дифференциальных уравнений объектов и систем автоматического управления, а так же обобщением одного из методов исследования динамики систем.

В начале 50-х годов академик Петров стал возглавлять Институт автоматики и телемеханики, ему было поручено разработать системы регулирования для ракетно-космических комплексов. Здесь он познакомился  с Сергеем Павловичем Королевым. Институт Петрова стал выполнять исследования и разработки регулирующих устройств для космических систем. С этого времени начинается плодотворное общение двух выдающихся ученых: главного конструктора ракетно-космических систем Королева С. П. и руководителя и создателя систем управления Б. Н. Петрова. Борис Николаевич был членом государственной комиссии, участвовал во всех ее заседаниях, включая торжественное заседание, на котором решался вопрос о запуске космического корабля «Восток» с человеком на борту.  Борис Николаевич прекрасно знал Юрия Гагарина, который отправлялся в рейс к звездам, не единожды с ним беседовал, любил его отцовской любовью. За выдающиеся научные достижения Б. Н. Петров в возрасте 40 лет был избран членом-корреспондентом АНСССР, а в 1960 году - действительным членом АНСССР. В 1963 г. был избран академиком-секретарем отделения механики и процессов управления и членом президиума АНСССР, а в 1979 г. - вице-президентом АНСССР.  В 1967 году Б. Н. Петровым публикуется обзорная статья «Космические исследования в СССР», посвященная советским работам по автоматическому управлению в космосе. В      1971 году он публикует фундаментальную статью «Орбитальные станции и изучение Земли из космоса». Мы видим, что Борис Николаевич активно работает в области освоения космического пространства. Его заслуга: выведение космических аппаратов на орбиту, управление ими, точность сближение аппаратов в космосе. Нельзя не упомянуть о таком крупном проекте, как проект «Союз - Апполон» - совместный экспериментальный полет космических кораблей двух стран - СССР и США, проведенный в 1975 году. Над подготовкой этого проекта в течение более 5 лет работали с каждой  стороны коллективы крупных ученых, инженеров, конструкторов. Координацию работы советских коллективов осуществлял Совет «Интеркосмос», и Б. Н. Петров внес огромный личный вклад в решение многочисленных организационных,научных, технических проблем. Определяющая роль принадлежала академику в реализации важного этапа в развитии программы «Интеркосмос» - полетов международных экипажей космонавтов социалистических стран. Он провожал большинство международных экипажей в полет в космос с космодрома Байконур. В последние два года своей жизни Б. Н. Петров руководил в нашей стране научными программами исследования космического пространства, и в последующих достижениях космонавтики - в результатах полетов станций «Венера-13» и «Венера - 14», международных спутников, многоплановой работе «Космосов» заложен его труд, его организационный талант и широкий кругозор выдающегося исследователя.

   По  заслугам Б. Н. Петрова оценила Родина. Он Герой Социалистического труда
 (Указ Президиума Верховного Совета СССР от 13 марта 1969 г.), Лауреат Ленинской премии (21 апреля 1966 г.). Лауреат Государственной премии 1972 г. и 1981 г.  (посмертно). Кроме того, 5 орденов Ленина 1957, 1961, 1967, 1969, 1975 годов, орден Трудового Красного Знамени 1963 год, орден Красной Звезды 1973 год, орден Октябрьской Революции 1973 год, 4 медали, высокие награды Монголии, Венгрии, Болгарии, Чехословакии, Франции.