In 2012 a fost numit antrenor instalat antrenor la Petrolul Ploiești. Cu Contra pe banca tehnică, Petrolul a terminat sezonul pe locul 3, a castigat Cupa Romaniei si s-a calificat în Europa League, după 18 ani de absență. In martie 2014, Cosmin Contra și-a reziliat contractul cu Petrolul Ploiești.