Répondant à l'attente générale, le pape Sixte V le nomme supérieur général de son ordre lors du chapitre célébré à Rome en 1587 après la mort du P. Spirito Vicentini.
Nommé par le pape commissaire apostolique en Espagne pour visiter les couvents de son ordre à la fin de 1588, il est créé cardinal à son retour à Rome, lors du consistoire du .
Le cardinal Petrocchini meurt à Rome le à l'âge de 77 ans.
Bibliographie
Giovanni Batista Adriani, Elogio del cardinale Gregorio Petrochini da Montelparo detto ai Catenati di Macerata il III. Settembre MDCCCXXIV, Bazzi e Jaffei, Fermo, 1824.