In 1981 keerde het Europees kampioenschap allround weer terug voor vrouwen. Petroeseva won dit kampioenschap en werd daarmee de opvolgster van Atje Keulen-Deelstra die in 1974 het tot dan laatste EK Allround won. In de maand die volgde prolongeerde de Russische haar titel bij het WK Allround in Sainte-Foy en pakte ze het brons bij het WK Sprint in Grenoble.
Een jaar later prolongeerde Petroeseva haar Europese titel in Heerenveen. Twee weken later werd ze in Alkmaar voor het eerst wereldkampioen sprint en een week later in Inzell won de Russische het brons bij het WK Allround.
Na 1982 trad de Oost-Duitse dominantie in en won Petroeseva geen kampioenschap meer. De Russische scherpte nog wel drie wereldrecords scherper. Aan haar vijf deelnames aan het WK Allround hield ze 13 afstandmedailles over (5-5-3).
Nationaal werd ze bij de NK Allround van de Sovjet-Unie in 1979 derde en in de jaren 1980, 1981 en 1982 kampioene. Petroeseva stond bekend om haar katachtig lenige schaatsstijl en haar voor die tijd zeer diepe zit.
Petroeseva bereikte op 2 oktobera 1979 de eerste plaats op de Adelskalender, op dat moment werd de adelskalender opgesteld op basis van 500m-1000m-1500m-3000m.
De huidige vorm van de adelskalender (500m-1500m-3000m-5000m) voor vrouwen werd ingevoerd op 1 juli 1982. Op dat moment had Petroeseva de beste persoonlijk records en viel haar dus de eer om als eerste aan de top van de adelskalender te staan.
Natalja Petroeseva heeft drie periodes aan de top van de Adelskalender gestaan: eerst van 25 april 1978 tot 12 januari 1979 (262 dagen), een tweede keer van 02 oktober 1979 tot 23 januari 1983 (1209 dagen) en ten slotte van 25 maart 1983 tot 8 december 1983 (258 dagen). In totaal heeft Natalja Petroeseva 1729 dagen aan de top van de Adelskalender gestaan.
Hieronder staan de persoonlijke records (PR's) waarmee Natalja Petroeseva aan de top van de Adelskalender kwam en de PR's die zij had staan toen hij van de eerste plek verdreven werd. Tevens zijn de gegevens weergegeven van de schaatssters die voor en na haar aan de top van de lijst stonden.
