I 1930 konverterte Peterson til katolisismen. Han flyttet til Roma i 1933. Etter noen år uten fast utkomme fikk han en liten lærerpost ved Pontificio Istituto di Archeologia Cristiana (det pavelige instituttet for kristelig arkeologi) i 1937. Først i 1947 fikk han et professorat.
Peterson er kjent blant annet for det kirkehistoriske arbeidet Heis Theos («Én Gud», 1926) og for flere spesialstudier over den eldste kristne tiden. I 1935 utga han studien Der Monotheismus als politisches Problem («Monoteismen som politisk problem»), som var en kritikk av den nazistiske «riksteologien», og som førte til et brudd med Carl Schmitt, en venn fra tiden i Bonn.