Il mondiale 2013 non iniziò in modo positivo per Rosberg, costretto al ritiro nella prima gara stagionale per un problema tecnico. Tuttavia la vettura si dimostrò nettamente più competitiva di quella precedente, permettendo al pilota tedesco e al suo nuovo compagno di squadra Lewis Hamilton di lottare stabilmente per le prime posizioni. Dopo un quarto posto nel Gran Premio della Malesia, in Bahrein e in Spagna Rosberg conquistò la pole position, dovendosi però accontentare di piazzamenti a punti in gara per problemi nella gestione del consumo degli pneumatici. Nel successivo Gran Premio di Monaco Rosberg conquistò nuovamente la pole position: in questa occasione la Mercedes non presentò i problemi delle gare precedenti e il pilota tedesco rimase in testa per tutta la corsa, cogliendo la seconda vittoria in carriera. Dopo un quinto posto nel Gran Premio del Canada, a Silverstone Rosberg vinse nuovamente, approfittando di una foratura del suo compagno di squadra e di un problema tecnico di Sebastian Vettel. In seguito Rosberg giunse regolarmente a punti, ma non riuscì più a giungere a podio fino al Gran Premio d'India, chiuso in seconda posizione; giunse a podio anche nel Gran Premio di Abu Dhabi, in cui colse un terzo posto dietro le Red Bull di Sebastian Vettel e Mark Webber.