Northug valgte å avbryte et høydeopphold for å delta i prøve-OL i Sotsji, der han vant sprint fristil. I VM 2013 i Val di Fiemme ble det først sølv på sprint klassisk, deretter fjerdeplass på 30 km skiatlon. På lagsprint fristil, der han gikk sammen med Pål Golberg, ble det norske laget slått ut i semifinalen. På 15 km med intervallstart vant Northug gull, som var hans store mål for mesterskapet. Gull ble det også på 4x10 km stafett der Northug gikk ankeretappen etter at Tord Asle Gjerdalen, Eldar Rønning og Sjur Røthe gikk de tre første. På den avsluttende 50 km klassisk ble Northug nummer 21.