1 сентября 1854 года в Николаевск прибыл начальник экспедиции Г. И. Невельской с семьей. А уже 11 сентября по распоряжению Н. Н. Муравьева А. И. Петров был назначен ревизором и казначеем Амурской экспедиции. Работа оказалась трудоемкой, хозяйство экспедиции было запущено.
4 мая 1855 года А. И. Петров был назначен командиром Николаевской батареи на мысе Куегда. Следовало немедленно приступить к её постройке по планам и чертежам, присланным из Иркутска и утверждённым генерал-губернатором. Батарею начали строить без промедления.
Зимой 1855-1856 годов А. И. Петров преподавал математику, географию и историю в Штурманском училище. Здесь в числе его учеников был будущий прославленный адмирал
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться]. В это же время Александр Иванович исполнял обязанности экипажного адъютанта у командира 27-го Флотского экипажа
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться].
21 июня 1856 года он был назначен помощником капитана Николаевского порта. Зимой 1856-1857 годов А. И. Петров снова преподавал математику в Штурманском училище, а 19 марта 1857 года был назначен заведующим школой юнг.
C 13 мая по 26 июня 1857 года Петров служил на пароходе "Америка" под командой капитан-лейтенанта Н. Я. Шкота, а с 26 июня по 25 июля - на пароходе "Амур" под командой капитан-лейтенанта А. А. Болтина.
3 сентября 1857 года по предписанию военного губернатора Приморской области он был командирован курьером в Иркутск, где и женился.
1 января 1858 года А. И. Петров был переведен в 1-й флотский экипаж на Балтику и произведен в лейтенанты, 6 января, по его просьбе, переведен в 27-й флотский экипаж и вновь направлен на Дальний Восток. 15 февраля 1858 года Александр Иванович вторично выехал из Петербурга на Амур.
18 августа 1858 года А. И. Петров был назначен командиром 1-й и 3-й рот, а с 1 сентября - инспектором классов Штурманского училища в портах Восточного океана. Кроме того, в зимнее время он преподавал в училище.
С 11 мая 1859 года А. И. Петров работал в комиссии военного суда в портах Восточного океана, 30 мая назначен директором маяков и лоций и заведующим Морским училищем, 24 июня - командиром парохода "Аргунь".
19 сентября 1859 года А. И. Петров ушел с действительной службы в Амурскую компанию, по поручению которой он должен был заведовать судоходством на Амуре, а также сборкой пароходов и барж, части которых доставлялись в Николаевск из-за границы. Кроме того, на него было возложено устройство пристани и складов компании в Николаевске.
1 сентября 1860 года А. И. Петров вернулся на действительную службу и в 1861-1863 годах командовал пароходом "Лена", совершавшим рейсы от Николаевска до Благовещенска и обратно.
Зимой 1862 года адмирал
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться] поручил Александру Ивановичу организовать школу грамотности для матросов Амурского экипажа и солдат двух линейных батальонов.
25 сентября 1863 года он был переведен из 27-го флотского экипажа в
Балтийский флот с назначением в 10-й флотский экипаж. Отъезд его в
Петербург был вызван плохим состоянием здоровья.
4 сентября 1864 года в Петербурге А. И. Петров был переведен в 8-й флотский экипаж, где служил до выхода на пенсию в 1886 году в чине
контр-адмирала.
В 1876-1880 годах он составлял свои "Воспоминания", которые были написаны на основании имевшихся у него первоисточников.
15 (27) января 1899 года Александр Иванович Петров скончался и был похоронен на Смоленском православном кладбище в Санкт-Петербурге, в семейном склепе. Метрах в 100-150 от склепа находится могила его отца - Ивана Сергеевича Петрова.
Именем офицера русского флота А. И. Петрова назван остров в северной части Японского моря, у берегов Приморского края.
Жена, Елена Николаевна, в девичестве Кастюрина, дочь майора 12-го Сибирского линейного батальона Николая Васильевича Кастюрина, в 1859 году служившего заместителем старшего военного начальника в Красноярске.