45-godišnji Ivajlo Petev svoju je trenersku karijeru počeo u Ludogorecu s kojim je iz druge lige ušao u elitni rang bugarskog nogometa, a potom i osvojio dva naslova prvaka. Uz to, s Ludogorecom je osvojio i dva Superkupa, te jedan Kup Bugarske.

Nakon Ludogoreca trenerski put odveo ga je na Cipar gdje je s AEL Limassolom osvojio naslov viceprvaka.

U klupskoj karijeri vodio je još i zagrebački Dinamo, koji je preuzeo od desetog kola, odnosno nakon debakla 'modrih' kod Rijeke od 5:2 pod vodstvom Cice Kranjčara.

Petev je na kraju potpisao jednu od najlošijih sezona Dinama, jer nije uspio osvojiti naslov prvaka Hrvatske, odnosno ostao je bez oba trofeja. Naslov je te sezone 2016/17 pripao Rijeci. Potom je momčad Matjaža Keka usred Zagreba pobjedom 3:1 stigla i do naslova u Kupu.

Nakon Dinama, Petev je još vodio ciparsku Omoniju, poljsku Jagielloniju i klub iz Saudijske Arabije Al-Qadsiah.

U 2015. i 2016. godini predvodio je bugarsku reprezentaciju. U kvalifikacijama za Europsko prvenstvo Bugarska je s Petevom na klupi imala učinak od dvije pobjede (Malta, Azerbajdžan), tri poraza (Italija, Hrvatska, Norveška) i remi (Italija) i nije se uspjela kvalificirati na završni turnir najboljih reprezentacija Starog kontinenta.