Bis vor kurzem war der 39-Jährige für ein Jahr Chef-Trainer von Limassol (Zypern). Als Razgrad-Coach von Juni 2010 bis Juli 2013 wurde Petew zweimal Meister mit dem aufstrebenden Team. Vor seiner Karriere als Trainer hatte Petew unter anderem beim heimischen Litex Lowetsch und dem griechischen Fußballclub Trikala gespielt.

Nach dem missglückten Start Bulgariens in die EM-Qualifikation wurde der ehemalige Top-Stürmer Luboslaw Penew vor knapp einem Monat als Nationaltrainer entlassen. Penew hatte im November 2011 als Nachfolger von Lothar Matthäus den Posten übernommen.