Al debutto nella stagione 2012-13, l'11 agosto realizza un rigore nella vittoria della Juventus 4-2 ai supplementari contro il , nella finale di Supercoppa italiana disputatasi a Pechino, mentre il 19 settembre bagna con una rete il suo esordio assoluto in Champions League, nel 2-2 dei bianconeri in casa del . Il 29 gennaio 2013, col gol siglato alla nel ritorno della semifinale di Coppa Italia, persa per 2-1, va a segno in tutte e quattro le competizioni stagionali giocate dalla Juventus, unico bianconero assieme a Vučinić. In quest'annata Vidal si conferma sui livelli della precedente, mostrandosi inoltre più prolifico a rete: anche grazie al fatto di diventare il rigorista principale della squadra, il giocatore va in doppia cifra — superando il suo precedente record che risaliva al 2010-11 — e, nonostante il ruolo di centrocampista, emerge quale capocannoniere dei torinesi con 15 centri tra campionato e coppe; tra questi, il 28 aprile apre le marcature nel derby contro il , poi vinto 2-0, ed è suo l'1-0 dal dischetto che, il 5 maggio, decide la sfida col e dà alla Juventus la certezza del "bis" scudetto, il secondo consecutivo anche per Vidal.