La stagione 2012-2013 si apre con la finale di Supercoppa di Germania contro il Bayern Monaco, in cui Lewandowski mette a segno una rete, che si rivelerà però inutile in quanto la vittoria andrà al Bayern 2-1. Nella sfida di UEFA Champions League contro l'Ajax il 21 novembre realizza una doppietta, la partita viene vinta dal Borussia per 4-1. Il 24 aprile 2013 realizza il suo primo poker con la maglia del Borussia Dortmund, mettendo a segno tutte le reti nella vittoria per 4-1 sul Real Madrid, ottenuta nella semifinale di andata di Champions League. È il primo calciatore ad avere segnato quattro reti in una semifinale di UEFA Champions League. Il 25 maggio gioca per la prima volta la finale di UEFA Champions League, persa dal Borussia Dortmund per 2-1 contro i connazionali del Bayern Monaco.