Vào ngày cuối cùng của kì chuyển nhượng mùa hè 2012, Bendtner gia nhập đội bóng nước Ý Juventus theo dạng cho mượn tới hết mùa cùng điều khoản mua đứt. Bendtner có trận đấu ra mắt Juventus khi vào sân thay cho Fabio Quagliarella trong trận thắng 2-0 trên sân Juventus Arena trước câu lạc bộ Chievo vào ngày 22 tháng 9 năm 2012. Bendtner xuất phát trong đội hình chính lần đầu tiên vào ngày 28 tháng 10 trong chiến thắng 1–0 trước Catania. Vào tháng 12 anh xuất phát trong trận đấu tại Coppa Italia với Cagliari, nhưng gặp chấn thương đùi và phải nghỉ thi đấu ít nhất là hai tháng. Bendtner giành "Scudetto" mùa giải 2012-13 với Juventus, nhưng không thể ghi nổi một bàn thắng. Kết thúc mùa giải 2012–13 Juventus quyết định không giữ anh lại và Bendtner trở lại Arsenal.