Ему предложили убить начальника охранного отделения генерала Герасимова.
В качестве помощников при осуществлении этой задачи, а также для наблюдения за поведением самого Петрова вместе с ним в Петербург выехали члены боевой организации террористы Бартольд и Луканов90.
В это время генерал Герасимов, которому в связи с разоблачением Азефа пришлось оставить должность Начальника охранного отделения, проживал в Петербурге, но так как по установленному им заранее порядку адрес его частной квартиры сохранялся в тайне, то Петров не имея возможности его узнать оставил в охранном отделении письмо на имя генерала, в котором, извещая о своем возвращении в Петербург, просил о личной встрече.
Опытный и осторожный Герасимов Петрову в этой просьбе отказал, однако, хотя новое служебное положение генерала и исключало всякое касательство к делам политического розыска, он все же поинтересовался спросить назначенного на его место полковника Карпова, давно ли Петров вернулся в Петербург и какую ведет работу. Как пишет генерал Герасимов в своих мемуарах, определенного ответа на вопросы не последовало и разговор закончился признанием полковника Карпова91, что новое начальство категорически запретило ему вести с генералом Герасимовым какие-либо беседы о Петрове.
Неудавшаяся попытка убить Герасимова при личном свидании привела Петрова и его спутников Бартольда и Луканова к мысли заманить его в ловушку при содействии охранного отделения. С этой целью Петров сказал полковнику Карпову, что будто бы он добился свидания с генералом Герасимовым и что тот крайне обижен тем, что на обещанный ему пост товарища министра внутренних дел назначили не его, а генерала Курлова92, предложил Петрову убить Курлова.
Справедливость этого заявления, которому и Курлов, и Карпов поверили, Петров просил позволения доказать и предложил Карпову заманить Герасимова на конспиративную квартиру с тем, чтобы генерал Курлов, директор департамента полиции Виссарионов93 и сам Карпов подслушали тот разговор, который он, Петров, будет вести с Герасимовым.
Для осуществления плана Петрова на одной из отдаленных улиц Петербурга наняли небольшую квартиру и одну из ее комнат оборудовали так, чтобы находящиеся в ней слышали все происходившее в соседней. Другие две комнаты были хорошо и уютно обставлены самим полковником Карповым. Привозя по вечерам закуски и выпивку, он вместе с Петровым пользовался этими комнатами в течение всего времени оборудования квартиры для ночных развлечений.
19 декабря 1909 года, накануне того дня, который был окончательно определен для вовлечения генерала Герасимова в ловушку, к Петрову, переселившемуся в оконченную оборудованием квартиру, приехали террористы Бартольд и Луканов. Выслав Петрова на улицу для оповещения их сигналом в случае неожиданного приезда полковника Карпова, Бартольд из окна следил за Петровым, а Луканов спешно устанавливал под стоявшим у дивана