Основными типами растительных сообществ Петровой балки являются:
1. Степи. На территории урочища наиболее широко представлены различные варианты петрофитных степей, приуроченные к склонам южных экспозиций с близким залеганием или выходами карбонатных материнских пород. Местами они выходят на пологие прибалочные склоны. На склонах северных экспозиций, близ устья балки, распространены деградированные варианты луговых степей, сохраняющие следы перевыпаса.
2. Опушечно-степные сообщества. Распространены на опушках Петрова леса, на склонах южных экспозиций и на плакорах. Отличаются красочностью и высокими показателями флористической насыщенности.
3. Сорно-луговые сообщества. Распространены по днищу балки, особенно близ ее устья, где раньше находился лагерь крупного рогатого скота. В них преобладают сорные виды, такие как крапива двудомная, белокудренник черный, купырь лесной и др.