Il 29 agosto 2012 Mourinho inaugura la nuova stagione battendo per 2-1 il Barcellona al Bernabéu, aggiudicandosi la Supercoppa spagnola dopo che all'andata in Catalogna le "merengues" avevano perso per 2-3. Il 3 novembre, in occasione della vittoria per 4-0 contro il , taglia il traguardo delle 100 vittorie con il Real in sole 133 partite. Nella partita pareggiata per 1-1 contro il celebra la presenza numero 100 nella Champions League. Il 17 febbraio 2013, in occasione della vittoria per 2-0 contro il Rayo Vallecano, tocca quota 100 panchine nella Liga: 75 vittorie, 13 pareggi e 11 sconfitte, 281 gol segnati e 87 subiti. Il 26 febbraio conquista per la sesta volta l'accesso a una finale di coppa nazionale (dopo le due finali raggiunte con il Porto e quelle alla guida di Chelsea, Inter e dello stesso Real) eliminando il Barcellona, battuto per 3-1 al Camp Nou. Il 17 maggio viene sconfitto in finale dall', che si impone dopo i tempi supplementari con il risultato di 2-1. Il 9 aprile accede per la settima volta alle semifinali della Champions League, la terza consecutiva alla guida del Real Madrid (la quarta, se si considera anche la semifinale raggiunta con l'Inter nel 2010), ma è eliminato dal . In campionato si piazza secondo, come due anni prima, e sempre dietro al Barcellona, con un distacco di quindici punti (100 a 85). Al termine della stagione, Mourinho e il Real Madrid decidono di separarsi.