Sundby vant sin andre verdenscupseier da han vant åpningsrennet 15 km fristil i Gällivare 24. november 2012. Han ble nummer åtte sammenlagt i verdenscupen sesongen 2012/13. Under VM 2013 i Val di Fiemme tok Sundby sølv på 30 km duatlon som var den eneste distansen han deltok på.