Matri begon het volgende seizoen met het winnen van de 2012 Supercoppa Italiana
over Napoli. Hij maakte zijn Europese debuut in dat seizoen en scoorde ook zijn eerste UEFA Champions League-doel in een 3 tegen 0 buitenspel van Celtic in de zestiende ronde. Hij scoorde nog een doelpunt in de competitie toen Juventus de kwartfinale bereikte, maar werd geëlimineerd door de uiteindelijke kampioen Bayern München. Matri eindigde zijn derde seizoen met de club door zijn tweede opeenvolgende Serie A-titel te winnen. Hij won zijn tweede Supercoppa Italiana met Juventus aan het begin van het volgende seizoen, op 18 augustus 2013, toen Juventus Lazio 4-0 versloeg, voordat hij later die maand de club verliet.