Τελευταίος ηγεμόνας («μπέης») της Μάνης από το 1815 και μέλος της Φιλικής Εταιρείας από το 1818, υπήρξε από τους πρωτεργάτες του Αγώνα.

Στις 17 Μαρτίου 1821 κήρυξε την επανάσταση στην Αρεόπολη, ενώ λίγες μέρες αργότερα κατέφθασε στην Καλαμάτα, επικεφαλής σώματος δυο χιλιάδων Μανιατών, προκαλώντας την άνευ όρων παράδοση του βοεβόδα Σουλεϊμάν Αρναούτογλου και της εκεί τουρκικής φρουράς. Μαζί με τον Θεόδωρο Κολοκοτρώνη, τον Νικήτα Σταματελόπουλο και άλλους ύψωσαν στις 23 Μαρτίου 1821 την επαναστατική σημαία στην πόλη. Τον Μάιο του 1821 εξελέγη Πρόεδρος της Μεσσηνιακής Συγκλήτου (ή Γερουσίας), η οποία απηύθυνε προκήρυξη («προειδοποίησιν») προς τις ευρωπαϊκές αυλές, προσδιορίζοντας τον εθνικό χαρακτήρα της Επανάστασης των Ελλήνων για την αποτίναξη του τουρκικού ζυγού: «Εις τοιαύτην όντες κατάστασιν στερημένοι από όλα τα δίκαιά μας, με μίαν γνώμην ομοφώνως απεφασίσαμεν να λάβωμεν τα άρματα, και να ορμήσωμεν κατά των τυράννων». Η δεύτερη σημαντική συμβολή του στην εξωτερική πολιτική ήταν η επιστολή που απηύθυνε προς τους πολίτες της Αμερικής, τον Μάιο του 1821, ζητώντας τη στήριξή τους για την ελληνική υπόθεση. Με τη φροντίδα του Αδαμαντίου Κοραή η επιστολή μεταφράστηκε στην αγγλική γλώσσα και, μέσω του φιλέλληνα καθηγητή του Χάρβαρντ Έντουαρντ Έβερεττ, δημοσιεύτηκε στις αμερικανικές εφημερίδες.

Tο τελευταίο δεκαήμερο του Μαΐου του 1821, o Μαυρομιχάλης συμμετείχε στη σύναξη στη μονή Καλτετζών, όπου ιδρύθηκε η «Πελοποννησιακή Γερουσία». Στην Α΄ Εθνική Συνέλευση της Επιδαύρου (21 Δεκεμβρίου 1821-15 Ιανουαρίου 1822) εκλέχθηκε αντιπρόεδρος του Βουλευτικού και ως το τέλος του Αγώνα κατέλαβε πολλά και σημαντικά διοικητικά αξιώματα, όπως αυτό του Προέδρου της Β΄ Εθνικής Συνέλευσης (1823), του Προέδρου του Εκτελεστικού (26 Απριλίου 1823-5 Ιανουαρίου 1824), του μέλους της Διοικητικής Επιτροπής της Ελλάδος (1826) κ.ά.

Σημαντική ήταν και η στρατιωτική του δράση, καθώς πήρε μέρος στην πολιορκία της Τριπολιτσάς (Σεπτέμβριος 1821), πολέμησε εναντίον του Δράμαλη το καλοκαίρι του 1822 και συμμετείχε, επικεφαλής 500 περίπου Μανιατών, στην υπεράσπιση της πόλεως του Μεσολογγίου κατά την πρώτη πολιορκία, στα τέλη της ίδιας χρονιάς.

Μετά την άφιξη του Καποδίστρια διορίστηκε μέλος του Πανελληνίου και της Γερουσίας (1828). Ωστόσο, σύντομα, οι καλές σχέσεις των Μαυρομιχαλαίων με τον Κυβερνήτη έμελλαν σύντομα να διακοπούν, λόγω της απόφασης του δεύτερου να περιορίσει την τοπική επιρροή της οικογένειας. Η σύλληψη του Πετρόμπεη με εντολή του Κυβερνήτη προκάλεσε αναταραχή σε ολόκληρη τη Μάνη, με αποκορύφωμα τη δολοφονία του Καποδίστρια από τον Κωνσταντίνο Μαυρομιχάλη, αδελφό του Πέτρου, και τον γιο του Γεώργιο, στις 27 Σεπτεμβρίου 1831.

Στα χρόνια της βασιλείας του Όθωνα, ο Πετρόμπεης Μαυρομιχάλης διορίστηκε αντιπρόεδρος του Συμβουλίου Επικρατείας, από κοινού με τους Γεώργιο Κουντουριώτη και Ανδρέα Ζαΐμη, και στις 16 Ιουνίου του 1844 μέλος της Γερουσίας.