Den 1. juni 2012 ble det klart at Zuccarello hadde akseptert tilbuddet om to-årskontrakt med Metallurg Magnitogorsk, med en klausul som ga ham mulighet for å kunne returnere til Rangers. Da han debuterte for Metallurg den 6. september 2012 ble han den tredje nordmannen som har spilt i KHL. Han noterte seg for sitt aller første KHL-mål den 15. oktober. Den 30. januar 2013 spilte Zuccarello en historisk kamp mot SKA St. Petersburg, da dette var den første KHL-kampen mellom 2 norske spillere (Zuccarellos Metallurg mot Patrick Thoresens SKA). I alt spilte Zuccarello 44 grunnspillskamper (hvor han scoret 11 mål og hadde 17 målgivende) og 7 sluttspillskamper i KHL (hvor han scoret 2 mål og hadde 2 målgivende).