Son elogiadas tanto sus interpretaciones en grupos pequeños como acompañando a cantantes, aunque sus mejores momentos sean como solista.

Se trata de interpretaciones en trío que muestran a un Peterson cómodo con el boogie-woogie, del que se apartaría pronto, y con el estilo próximo al swing de Teddy Wilson y Nat King Cole.

Su fama se acrecentó en 1952 cuando formó un trío con el guitarrista Barney Kessel y con Brown, siendo el primero reemplazado más adelante por Herb Ellis.

[2]​ El trío Peterson-Brown-Thigpen (que estuvo trabajando hasta 1964), propició un mayor protagonismo para el piano de Peterson, y fue la formación bajo la que publicó varios de sus trabajos más aclamados, como los álbumes Night Train (Verve, 1963) y We Get Requests (RCA Victor, 1964).

El quinto volumen, titulado My Favorite Instrument (Verve, 1968) fue su primera incursión en el formato de piano solo, prescindiendo del bajo y la batería.

Apareció en docenas de grabaciones con otras estrellas, hizo cinco discos en dúo con importantes trompetistas (Dizzy Gillespie, Roy Eldridge, Harry "Sweets" Edison, Clark Terry y Jon Faddis), y tocó con Count Basie en duelos pianísticos.