Artefice in questo periodo di una costante crescita sul piano tecnico e soprattutto mentale, la stagione 2012-13 inizia con la vittoria della Supercoppa di Lega a Pechino, grazie al 4-2 sul maturato ai supplementari. Il 2 ottobre 2012 Bonucci realizza la sua prima rete in Champions League, nel match terminato 1-1 contro gli ucraini dello . Il 5 maggio 2013, grazie alla vittoria casalinga per 1-0 sul Palermo, vince il secondo scudetto consecutivo. Chiude la stagione da bianconero con più presenze in assoluto (48), alla pari con il collega di reparto Barzagli. Apre la stagione 2013-14 con la conquista, il 18 agosto, della sua seconda Supercoppa di Lega, battendo a Roma per 4-0 la . Il 3 aprile 2014 va a segno per la prima volta in Europa League, decidendo la sfida di andata dei quarti di finale sul campo dei francesi dell' (0-1). Il 4 maggio, a seguito della sconfitta 1-4 della a Catania, senza scendere in campo vince il suo terzo scudetto consecutivo con la Juventus.