En el 2013 va poder començar la temporada de bon principi disputant la Copa Hopman amb John Isner. Williams va guanyar els tres partits individuals, però no es van poder classificar per la final. En l'Open d'Austràlia va caure en segona ronda davant una de les favorites, Maria Xaràpova. Llavors va participar en l'edició inaugural del torneig de Florianópolis com a principal cap de sèrie. Allà fou semifinalista en ser vençuda per Olga Puchkova, però va poder entrar al Top 20. A continuació va disputar el torneig de Miami però es va retirar en segona ronda a causa d'uns dolors a l'esquena. A Charleston va aconseguir disputar les semifinals però fou superada per la seva germana Serena, des de 2009 que no s'enfrontaven. En la Fed Cup va disputar el play-off d'ascens al Grup Mundial contra Suècia on va guanyar el seu partit individual contra Johanna Larsson. Va renunciar a participar en el torneig de Madrid i llavors va perdre en primera ronda a Roma contra Laura Robson. Al Roland Garros també va caure en primera ronda en mans de Urszula Radwanska i en dobles es va retirar abans del primer partit. També va renunciar a participar a Wimbledon a causa d'una lesió a l'esquena, la primera vegada que es perdia aquest torneig. A l'estiu va caure en primera ronda a Toronto davant Kirsten Flipkens, i a Cincinnati en segona en mans de Vesninà. En el US Open va caure en segona ronda davant Zheng Jie, i en dobles van arribar a semifinals amb la seva germana després de superar la parella número 1 del rànquing individual. A Tòquio fou superada per Kvitova en semifinals malgrat que en segona ronda va guanyar a Azàrenka, número 2 del món. A Pequín va perdre contra Sabine Lisicki en segona ronda i, finalment va renunciar a participar en el torneig de Moscou per dolors a l'esquena.