С декабря 1941 года на фронтах Великой Отечественной войны. Участвовал в боях под Москвой. В 1942 году окончил Московское пехотное училище. Во время боёв на Донском фронте за населённый пункт Ивановка был ранен. 15 апреля 1943 года награждён медалью "За отвагу".

После госпиталя в апреле 1943 года прибыл на фронт под город Сумы на должность командира роты 520-го стрелкового полка (167-я стрелковая дивизия, 38-я Армия, 1-й Украинский фронт). Для уточнения линии обороны противника ходил в разведку, в засады со снайперами. На его личном снайперском счету - 13 убитых вражеских солдат. За овладение населённым пунктом Большая Чернечня, где был ранен, награждён орденом Красной Звезды.

Со своей ротой в ночь на 26 сентября 1943 года форсировал реку Днепр под местечком Дача Пуща-Водица (Киевская область, Украина), овладел плацдармом на правом берегу и удерживал его до подхода подкрепления. С 4 по 6 ноября 1943 года, в боях в районе города Киева на шоссе Киев - Житомир, стрелковая рота А. П. Петропавлова при поддержке артиллерийской батареи перерезала шоссе и удерживала его, не давая прорваться противнику. Крупные силы пехоты и танков противника окружили занятый ротой участок и перешли в контрнаступление. После гибели командира батареи Петропавлов принял на себя командование артиллеристами. Когда все расчёты вышли из строя, старший лейтенант Петропавлов сам встал к одному из орудий и вместе с сыном полка 16-летним В. Луценко отражал атаки врага, лично подбив 7 танков. Подразделение отбило свыше 10 атак, уничтожило много живой силы и техники противника. В этом бою Петропавлов был тяжело ранен.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 января 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда". Лечение проходил в Рязанском госпитале, после излечения стал командиром курсантского взвода Рязанского пехотного училища.

В 1946 году окончил КУОС. Направлен в группу советских войск в Германию, откуда в 1950 году переведён в Московский военный округ. С 1956 года капитан А. П. Петропавлов - в запасе. Жил в городе Рязани. Работал фрезеровщиком на Рязанском приборном заводе, затем - на заводе "Красное знамя". В 1967 году заочно окончил Рязанский политехнический техникум. Умер 18 декабря 1974 года, похоронен на Сысоевском кладбище.

Награждён орденами: Ленина (10.01.1944), Красного Знамени (16.12.1943), Красной Звезды (28.08.1943); медалями.