A 2012-2013-as szezonban a Siena ellen szerezte első góljait szeptember 16-án, azonban a mérkőzésen kiállították, a Siena pedig 2–2-es döntetlenre mentette a találkozót. 2013. január 6-án az ő góljával is verték az Internazionalét és a rossz szezonkezdet után feljöttek a táblázat nyolcadik helyére. A következő fordulóban a Fiorentina ellen duplázott, majd március 3-án megszerezte 150. élvonalbeli gólját. Az utolsó fordulóban ismét az Internazionale volt az ellenfél, Di Natale újra betalált, és az 5–2-es győzelem hatodik helyet, valamint Európa-liga indulást ért az Udinésének.