Peu avant la fin de sa saison très convaincante, il est victime d'une rupture du ménisque, lors de la de championnat face à l'Espanyol à la suite d'un contact avec Mubarak Wakaso. Il manque ainsi la finale de la Coupe du Roi, la tournée des Bleus en Amérique du Sud et la Coupe du monde des moins de 20 ans (remportée par la France), puisque éloigné des terrains pour une durée estimée à au moins six semaines. Pour sa deuxième année au Real, Varane, qui a su gagner une place de titulaire, aura joué un total de trente-trois matchs toutes compétitions confondues (et donc doublé son score de 2011-2012), dont onze de Ligue des champions.