Собрание произведений П.И. Петровичева является самой крупной персональной коллекцией в фондах картинной галереи Ростовского музея. Произведения художника стали ядром живописного собрания и определили направления его комплектования.
Картины П.И. Петровичева были среди первых поступлений картинной галереи Ростовского Музея Древностей, открытой 4 сентября 1921 года. 16 сентября заведующий музеем Д.А. Ушаков принял в Государственном Музейном Фонде, наряду с другими произведениями, "Этюд Ростова Великого" П.И. Петровичева, ранее хранившийся в собрании Ф.М. и М.Е. Пермяковых. Следующее поступление работ П.И. Петровичева было в начале октября 1921 года. В архиве музея сохранилось письмо в Совет Ростовских педагогических курсов, которое гласит: "Настоящим музей выражает глубокую признательность за внимание к его целям и задачам по собиранию художественных памятников, выразившуюся в передаче музей трех этюдов худ. Петровичева".
В 1920-х годах в картинную галерею из Государственного Музейного Фонда поступили еще две работы П.И. Петровичева: в 1925 году "Ростов зимой" (ранее в собрании И.С. Исаджанова) и в 1927 -- "В Богословской церкви Ростова" (ранее в собрании И.А. Морозова).
В декабре 1925 года в письме в Отдел по делам музеев Главнауки Наркомпроса сотрудники Ростовского музея так характеризуют собрание картинной галереи: "В галерее нашли отражение все более или менее крупные течения русской живописи в образцах видных их представителей. Передвижники и близкие к ним художники второй половины XIX столетия представлены в работах Неврева, Сверчкова, Васильковского, Касаткина, Степанова, Корина, К. и А. Маковских, Богданова-Бельского, Вещилова, Риццони, Верещагина. Пейзаж этого времени представлен Айвазовским, Дубовским, Шишкиным, Суходольским, Поленовым, Волковым, Переплетчиковым и др. Течение "Мир искусства" и смежные с ним представлены в работах Ал. Бенуа, Ф. Боткина, Юона, Головина, Сапунова, Коровина (2 вещи), Нестерова и Петровичева (5 вещей)". Отмечены были работы Петровичева и в "Путеводителе по собранию новой русской живописи", подготовленном к печати, но так и не изданном, в 1930 году.
В 1933 году из Третьяковской галереи в числе других работ поступает "Интерьер церкви на Волотовом поле" (ранее в собрании С.П. Рябушинского). Но уже в 1934 году в характеристике живописного собрания картинной галереи работы П.И. Петровичева не упоминаются. Нет упоминаний работ художника и в аналогичном письме в НИИ краеведения и музейной работы, датированном 1947 годом. Более того, в Описи материалов исторического отдела (с 1940 года до 1949 года), где экспонировались и живописные произведения, работа П.И. Петровичева "Ростов зимой" значится как "картина неизвестного художника", в то время как размеры и инвентарный номер свидетельствуют о принадлежности произведения кисти П.И. Петровичева.
В начале 1980-х годов у семьи художника в фонд Ростовского музея были закуплены 3 картины. В 1989 году Академия художеств СССР, Союз художников РСФСР провели персональную выставку П.И. Петровичева. Выставка экспонировалась в залах Академии художеств СССР в Москве, Научно-исследовательском музее Академии художеств СССР в Ленинграде, а с ноября 1989 по апрель 1990 в Ростовском музее. На ней было представлено 168 произведений живописи из музеев страны и частных собраний. В последующие несколько лет приобретен ряд работ художника, а три картины были переданы в дар музею семьей П.И. Петровичева.
Сейчас в собрании ГМЗ "Ростовский кремль" хранятся 4 графические и 14 живописных работ Петра Ивановича Петровичева. Пять картин из частного собрания находятся в музее на временном хранении, две из которых сейчас представлены в Министерство культуры РФ для закупки. Музей и в дальнейшем намерен пополнять фонд как произведениями художника, так и документальными материалами о нем.