Een jaar later is Nenzi een vaste deelnemer in de A-groep van de Wereldbeker geworden. Ook maakte hij dat seizoen zijn debuut op het Wereldkampioenschap sprint van 2012, waarbij hij op een eenentwintigste plaats eindigt in het eindklassement, met als beste afstandsresultaat een dertiende plek op de eerste 1000 meter. Zijn eerste podiumplek in een WB-wedstrijd was op 30 november 2013 in Astana, achter Shani Davis en voor Michel Mulder. Een maand later, bij het schaatsen op de Winteruniversiade 2013, won Nenzi drie medailles, goud op de 1000 en zilver op de 500 en 1500 meter. Op 18 januari 2014 werd Nenzi tijdens het WK Sprint in Nagano op de eerste 500 meter derde in 35,28 wat de beste 500 meter is voor een Italiaan in de WK-historie.