Under Patriots' 59–24 seier over Indianapolis Colts i uke 11 tok Gronkowski imot syv pasninger for 137 yards og to touchdowns. Gronkowski knakk venstre underarm sent i fjerde kvarter under et ekstrapoengforsøk. Han ble den tredje tight enden i NFLs historie (etter Tony Gonzalez og Antonio Gates) til å nå tre sesonger med minst ti mottatte touchdownpasninger, og den første til å gjøre det tre sesonger på rad. Gronkowski deltok i trening igjen i uke 15 og scoret en touchdown mot Miami Dolphins i sesongfinalen i uke 17. Han skadet armen igjen i første kvarter av Patriots' første kamp i sluttspillet mot Houston Texans. Han måtte igjen opereres, og gikk glipp av resten av sluttspillet. I løpet av 11 kamper i seriespillet hadde Gronkowski 790 mottatte yards og 11 touchdowns. Han ble nominert til Pro Bowl til tross for at han hadde gått glipp av flere kamper, og ble rangert som #25 på NFL Top 100 Players of 2013.