ב-9 באוקטובר 2012 הודיע נתניהו בהודעה מיוחדת על תמיכתו בהקדמת הבחירות לתחילת 2013. ב-25 באוקטובר הודיע נתניהו על רשימה משותפת של "הליכוד" ו"ישראל ביתנו", שכונתה "הליכוד ביתנו", לבחירות לכנסת התשע עשרה. כחודש לפני הבחירות התפטר ליברמן מהממשלה ותיק החוץ הועבר לנתניהו. בבחירות עצמן זכתה הרשימה ב-31 מנדטים, ונשיא המדינה שמעון פרס הטיל על נתניהו את מלאכת הרכבת הממשלה.
קדנציה שלישית כראש הממשלה (2013–2015).
לאחר הבחירות לכנסת ה-19 הקים נתניהו את ממשלתו השלישית. זו הושבעה ב-18 במרץ 2013 (ח' בניסן ה'תשע"ג). בממשלה זו שימש נתניהו גם כשר החוץ עד לנובמבר 2013.
יחסי חוץ וביטחון.
ב-22 במרץ 2013 התנצל נתניהו בפני ראש ממשלת טורקיה, רג'פ טאיפ ארדואן, על תוצאות אירועי המשט לעזה ב-2010 בתיווך של נשיא ארצות הברית ברק אובמה. השניים סיכמו על השבת היחסים בין המדינות לתיקונם והחזרת השגרירויות לפעילות, זאת לאחר שהידרדרו היחסים בעקבות המשט. בתחילת 2014 הצדדים הגיעו להסכמות לפיוס ובסוף אפריל 2014 ארדואן אף הודיע שהסכם קרוב להיחתם, אך בעת מבצע צוק איתן, היחסים החמירו שוב לאחר שורת התבטאויות קשות במיוחד של ארדואן כנגד ישראל. התבטאויות אלו עודדו הפגנות אלימות כנגד ישראל, ששיאן היה מתקפה כנגד בית השגרירות, שהביאה להחלטה להחזרת משפחות השגרירות לישראל, ופרסום אזהרת מסע לטורקיה.
המשך מלחמת האזרחים בסוריה חייב דריכות בישראל, ופעמים אחדות נערכו תקיפות של צה"ל בסוריה.
כחלק מיחסי גרמניה–ישראל ויחסי ישראל–מצרים הסכים נתניהו למכירת צוללות מתקדמות מגרמניה למצרים שבשליטת א-סיסי. במרץ 2019 אמר נתניהו שהחליט כך בשל סוד ביטחוני שלא יכול היה לגלות למערכת הביטחון, מלבד ראשי המועצה לביטחון לאומי.
בעקבות חטיפת ורצח שלושה נערים יהודים ב-12 ביוני 2014 בידי אנשי חמאס, הורו נתניהו ושר הביטחון משה יעלון לצה"ל לפתוח במבצע שובו אחים לאיתור החטופים ולפגיעה בתשתיות חמאס ביהודה ושומרון. במסגרת המבצע נעצרו למעלה מ-400 פלסטינים, מרביתם אנשי חמאס, לרבות כ-50 אסירים ששוחררו במהלך עסקת שליט. כמו כן, נחשפו עשרות סליקים תת-קרקעיים באזור חברון, ומעבדות חבלה שבהן יוצרו עשרות רימונים ומטענים.
ב-8 ביולי 2014 הורה נתניהו על פתיחת מבצע צוק איתן בתגובה לתקיפות החמאס מרצועת עזה. תחילת המבצע הייתה בתקיפות אוויריות ברצועת עזה, והמשכו בכניסה קרקעית לרצועה ברוחב כ-3 קילומטרים לתוך רצועת עזה כדי להשמיד את המנהרות ההתקפיות שנחפרו לכיוון שטח ישראל. במהלך המבצע ירו מחבלי חמאס אלפי רקטות ופצצות מרגמה מרצועת עזה לישראל. ב-7 באוגוסט נפגש נתניהו עם נשיא הצלב האדום וביקש ממנו לסייע בהשבת גופותיהם של סמל ראשון אורון שאול ושל סגן הדר גולדין שנהרגו במהלך המבצע וגופותיהם נחטפו. נתניהו הוביל את המבצע במתינות, והסכים פעמים רבות להפסקות אש שהוצעו על ידי מצרים וארצות הברית, כאשר כחצי מהשרים בקבינט תמכו בהחרפת המערכה. במהלך המבצע ניכרה מתיחות בין נתניהו לנשיא ארצות הברית, ברק אובמה. בתקשורת דווח כי אובמה דרש מישראל להסכים להפסקת אש ולקבל את טורקיה וקטר כמתווכות בסכסוך ונתניהו סירב, אך אובמה ונתניהו הכחישו את הדיווח. המבצע הסתיים לאחר כשבעה שבועות של לחימה ב-26 באוגוסט, כשאת ההחלטה על הפסקת האש בסיום המבצע קיבל נתניהו עם שר הביטחון, משה יעלון ללא הצבעה בקבינט המדיני-ביטחוני, שבו כנראה לא היה לו רוב. בעקבות המבצע, נתניהו ספג ביקורת ממבקר המדינה על אי הצגה מספקת לקבינט של איום מנהרות התקיפה לפני המבצע.
ביולי 2014 חלה עלייה משמעותית במהומות אלימות ופיגועי טרור מצד פלסטינים בירושלים. באוקטובר ונובמבר ביצעו מחבלים פלסטינים פיגועים ששיאם היה הפיגוע בבית הכנסת קהילת בני תורה ובהם נרצחו 10 ישראלים.
ב-3 במרץ 2015 נאם נתניהו בפני הקונגרס של ארצות הברית, והתריע מפני ההסכם המתגבש בין המעצמות ואיראן, להסדר תוכנית הגרעין האיראנית. בעצם נשיאת הנאום ובתוכן הנאום נכנס נתניהו לעימות גלוי עם נשיא ארצות הברית, ברק אובמה. היה זה נאומו השלישי של נתניהו בפני הקונגרס.
התחום הכלכלי.
על רקע גירעון של 40 מיליארד ש"ח בתקציב המדינה שנוצר בשנת 2012, במהלך כהונתה של הממשלה הקודמת, וצפי לגירעון תקציבי חריג של 4.9% בשנת 2013, הביאה הממשלה לאישור הכנסת תקציב שכלל העלאת מיסים, חלקה ב-2013 וחלקה ב-2014.
באפריל 2013 אושרה רפורמת השמים הפתוחים שהוזילה את מחירי הטיסות והגדילה את מספר היעדים.
במאי 2014 הקים נתניהו את הוועדה לבחינת תקציב הביטחון בראשותה של האלוף במילואים יוחנן לוקר, לשם בחינת תקציב הביטחון של מדינת ישראל. הוועדה הגישה את המלצותיה בחודש יוני 2015, בהן שקיפות, צמצום חיילי הקבע ורפורמה בפנסיות, ואלה נתקלו בהתנגדות חריפה של מערכת הביטחון בראשותם של שר הביטחון משה יעלון והרמטכ"ל גדי איזנקוט.
הבחירות לכנסת ה-20.
ב-2 בדצמבר 2014 פיטר נתניהו את השרים יאיר לפיד וציפי לבני, ובעקבות זאת פרשו מהממשלה יתר שרי "יש עתיד", והכנסת החליטה על הקדמת הבחירות ל-17 במרץ 2015. נתניהו אמר שהוא עשה זאת משום שלפיד ולבני תכננו "פוטש" שנועד להדיח אותו ולהקים ממשלה חלופית. מאוחר יותר אמר כי עשה זאת בעקבות תמיכתם בחוק "ישראל היום".
בבחירות לכנסת העשרים הוביל נתניהו את מפלגתו לניצחון וזכייה ב-30 מנדטים. בראיון שנתן במהלך מערכת הבחירות, אמר שהמציאות שנוצרה בשנים הקודמות אינה מאפשרת את הקמתה של מדינה פלסטינית. בפוסט שפרסם בדף הפייסבוק שלו כתב נתניהו כי לאחר הבחירות יקים ממשלה עם השותפות הטבעיות של הליכוד, ובראשן הבית היהודי, וכי לא ילך לממשלת אחדות עם יצחק הרצוג ולבני, שבניגוד אליו מתנגדים לשמירה על ירושלים מאוחדת ותומכים בוויתור על שטחי יהודה ושומרון ובכניעה ללחצים בינלאומיים לוויתור על אינטרסים ביטחוניים. ביום הבחירות, כחלק מקמפיין המרצת ההצבעה שאותו הוביל, פרסם סרטון וידאו, שספג ביקורת בישראל ובעולם, ובו אמר: . לאחר מכן הביע צער על שדבריו פגעו בערביי ישראל, והוסיף שמעשיו כראש ממשלה, "כולל ההשקעות האדירות במגזרי המיעוטים", מוכיחים שלא התכוון לכך.
קדנציה רביעית כראש הממשלה (2015–2020).
ב-14 במאי 2015, הושבעה ממשלת ישראל ה-34 בראשותו: ממשלה צרה, אשר נשענה על 61 ח"כים. כעבור כשנה, ב-26 במאי 2016, הצטרפה ישראל ביתנו לקואליציה, ומניין חבריה עלה ל-66 (חברת הכנסת אורלי לוי-אבקסיס מישראל ביתנו נותרה באופוזיציה).
בממשלה זו כיהן נתניהו גם כשר החוץ וכשר התקשורת, והוחלף בפברואר 2017 באופן זמני על ידי צחי הנגבי (ראו להלן). עד סוף 2016 היה השר לשיתוף פעולה אזורי, אז הוחלף על ידי צחי הנגבי.
בשנת 2019 נבחר על ידי השבועון "טיים" לאחד ממאה האנשים המשפיעים בעולם. ב-20 ביולי 2019 הפך נתניהו לראש ממשלת ישראל אשר כיהן במשך התקופה הארוכה ביותר.
התחום הביטחוני.
החל מאוקטובר 2015 חלה הסלמה בהיקף הפיגועים שביצעו מחבלים פלסטינים, שכללו פיגועי דקירה, פיגועי דריסה ופיגועי ירי. הפיגועים בוצעו על רקע טענה שלפיה ישראל מתכוונת לפגוע במסגד אל-אקצא. לצורך בלימת גל הטרור נקטה הממשלה צעדים שכללו פריסה מוגברת של כוחות הביטחון, פעילות אינטנסיבית של השב"כ, החמרת הענישה על מחבלים ומיידי אבנים וניטור ההסתה ברשתות החברתיות המקוונות. גל הטרור דעך בהדרגה עד חודש מרץ. בסוף חודש יוני עלה שוב מספר הפיגועים, במהלך חודש הרמדאן.
בנאום שנשא בוועידת הקונגרס הציוני העולמי ה-37, ב-20 באוקטובר 2015, הזכיר נתניהו פרעות שערביי ארץ ישראל ביצעו ביהודיה החל מ-1920, בעקבות דברי הסתה דומים של המופתי חג' אמין אל-חוסייני. הוא אמר שמלכתחילה היטלר לא תכנן להשמיד את היהודים אלא רק לגרש אותם, אך המופתי אמר לו שאז הם יגיעו לארץ ישראל, וייעץ לו לשרוף אותם. דברי נתניהו עוררו ביקורת בישראל ובעולם, בנימוק שיש בהם שכתוב של ההיסטוריה והסתה. נתניהו הבהיר שמטרתו הייתה להציג את תמיכתו של אל-חוסייני בהשמדת היהודים, ולא לטהר את היטלר. ב-30 באוקטובר פרסם הבהרה נוספת בדף הפייסבוק שלו, ובה הטיל אחריות מלאה לשואה על היטלר והנאצים, אך גם גינה את המופתי על החלק שנטל בשואה, ועל ההסתה האנטישמית שלו ושל ממשיכי דרכו.
על רקע המשך מלחמת האזרחים בסוריה התבצעו מאות תקיפות של צה"ל במדינה, במטרה למנוע העברת נשק לחזבאללה ולשבש את ההיאחזות האיראנית בסוריה. המעורבות הרוסית במלחמת האזרחים בסוריה חייבה תיאום בין ישראל לרוסיה, ובפרט בין חילות האוויר של שתי המדינות. לשם כך, נפגש נתניהו פעמים אחדות, החל מספטמבר 2015, עם נשיא רוסיה, ולדימיר פוטין.
במאי 2016 הודיע נתניהו שבכוונתו למנות את אביגדור ליברמן לשר הביטחון ולהעביר לצורך כך את משה יעלון לתפקיד שר החוץ. בעקבות זאת התפטר יעלון מהממשלה ומהכנסת ומתח ביקורת על נתניהו וההנהגה שהפכה "נגררת ומתלהמת". במחאה על הדחת יעלון והשינויים בממשלה התפטר גם השר להגנת הסביבה אבי גבאי.