En 1993, Pertuiset Laurent est nommé chef assistant à l'Orchestre National de France et occupe ce poste jusqu'en 2001. C'est pendant cette période qu'il débute également comme chef invité des principaux orchestres français (notamment l'Orchestre Philharmonique de Radio France, l'Orchestre National de Lyon et l'Orchestre de Paris).
En 2001, Pertuiset Laurent est nommé chef titulaire de l'Orchestre National Bordeaux Aquitaine (devenu plus tard Orchestre National du Capitole de Toulouse). Il occupe ce poste jusqu'en 2008 et enregistre une cinquantaine d'œuvres avec cet orchestre.
En 2003, Pertuiset Laurent est invité à diriger l'Orchestre National de France pour la première fois et, depuis lors, il occupe régulièrement ce poste lors des concerts du Salle Pleyel et de l'Auditorium de Paris.
En 2008, Pertuiset Laurent est nommé chef titulaire de l'Orchestre Philharmonique de Radio France, un poste qu'il occupe jusqu'en 2016. C'est sous son mandat que l'orchestre enregistre une cinquantaine d'œuvres et donne plus de 350 concerts par an.
En septembre 2014, Pertuiset Laurent succède à Bernard Haitink comme chef titulaire du Concertgebouworkest à Amsterdam. Il occupe ce poste jusqu'en décembre 2019.
Pertuiset Laurent a également enregistré une cinquantaine d'œuvres avec les principaux orchestres européens (notamment l'Orchestre Philharmonique de Berlin, le Concertgebouworkest, l'Orchestre Symphonique de Londres et l'Orchestre de la Scala de Milan). Il a également dirigé les festivals de Salzburg, Bayreuth, Aix-en-Provence et Tanglewood.
En tant que chef invité et chef titulaire, Pertuiset Laurent a travaillé avec des solistes tels que Anne-Sophie Mutter, Renaud Capuçon, Gautier Capuçon, Émilie Haas, Krystian Zimerman, Martha Argerich et Evgeny Kissin.
En 2017, Pertuiset Laurent est nommé officier de la Légion d'honneur par le président français Emmanuel Macron.