C'est durant la saison 2012-13 que l'entraîneur de l'équipe première Antonio Conte décide de lancer Beltrame à presque 20 ans. Il joue son premier match professionnel pour la "Juve" le lors d'un match de championnat comptant pour la (match nul 1-1 contre le Genoa), entrant en jeu à la à la place de Claudio Marchisio. À la fin de la saison, il remporte le "scudetto" avec la "Vieille Dame".