同じ歳の伊藤美誠とは幼少時よりダブルスペアを組んで国際大会で成果を残しており、みうみまの愛称で呼ばれた。2013年2月に史上最年少でITTFワールドツアーの表彰台に、2014年3月にドイツオープンで優勝し13歳160日の伊藤は2002年に13歳224日で優勝した郭躍の記録を抜く史上最年少記録を作り、13歳350日の平野は3番目の記録となった。また、2人の合計年齢（27歳145日）が史上最年少記録としてギネス世界記録に認定された。翌週スペインオープンでも優勝し2勝目を挙げ、年末の世界ジュニア選手権で準優勝、ITTFワールドツアーグランドファイナルでは最年少で優勝した。2015年は7月に韓国オープン優勝、10月のアジア選手権で準優勝、12月のグランドファイナルで準優勝した。しかしリオ五輪で平野はリザーブ、伊藤がリオ五輪に出場するため、一時的にペアを解消。リオ五輪後は再びペアを組んだが12月の世界ジュニア選手権など成績が上がらず、「シングルスではお互い確実に強くなっているのに、ダブルスではまとまっていない。いろいろできすぎて、いろいろやってしまう感じです。それがミスにつながってしまう。前はできない分、やれることを徹底的にやって、ある意味では安定していたんです。でも今はいろいろやりすぎる。得点 があったとしても、それがパターンとして良いのかわからなくて、しっくりこない」（伊藤）、「前組んでいた時から期間が空いて、そのせいにしたらダメなんですけど、前のほうがいろいろできない部分をカバーできていたのに、個々の力がついて逆にバラバラになっている感じがある。前のほうがダブルスという感じがします」（平野）とお互いに急激に成長するがゆえに、ダブルスのコンビネーションが崩れてしまうなどの理由もあり、2017年の世界選手権は平野は石川佳純、伊藤は早田ひなとダブルスを組むことになった。