V posledním dni přenosového okna v srpnu 2012 se Bendtner připojil k italskému klubu Juventus v Serie A na sezónu, s možností, aby se pohyb stal trvalým. Debutoval jako náhradník za Fabio Quagliarellu v vítězství 2:0 proti Chievo na stadionu Juventus dne 22. září 2012 a jeho první start přišel o pět týdnů později v vítězství 1:0 proti Catanii. V prosinci se opět zúčastnil zápasu Coppa Italia proti Cagliari, ale utrpěl zranění stehna, které vyžadovalo operaci a očekávalo se, že bude mimo nejméně dva měsíce. Zatímco byl vyloučen kvůli zranění, byl v centru kontroverze, když byl zatčen za řízení v opilosti dne 4. března 2013. Bendtner se vrátil do akce až v posledním ligovém zápase Juventusu v sezóně.
s titulem již zajištěným. Při vstupu do zápasu jako náhradník v 74. minutě v porážce 3×2 proti Sampdorii 18. května 2013 si zlomil zápěstí. Sezónu ukončil s pouhými dvěma starty v lize a bez gólu v jedenácti zápasech ve všech soutěžích. Juventus se rozhodl, že se o jeho půjčku rozhodne natrvalo, a Bendtner se vrátil do Arsenalu.