Op de laatste dag van de transferwinkel van augustus 2012 ging Bendtner voor het seizoen naar de Italiaanse Serie A-club Juventus, met een optie om de verhuizing permanent te maken. Hij maakte zijn debuut als vervanger voor Fabio Quagliarella in een 2<unk>0 overwinning tegen Chievo op het Juventus Stadium op 22 september 2012, en zijn eerste start kwam vijf weken later in een 1<unk>0 overwinning tegen Catania. Hij startte opnieuw in de Coppa Italia-wedstrijd tegen Cagliari in december, maar leed aan een dijblessure die een operatie vereiste en naar verwachting minstens twee maanden uit zou zijn. Hoewel hij wegens een blessure werd uitgesloten, stond hij in het centrum van de controverse toen hij op 4 maart 2013 werd gearresteerd voor rijden onder invloed van alcohol. Bendtner keerde pas terug in actie tijdens de laatste competitiewedstrijd van het seizoen van Juventus.
met de titel al verzekerd. Hij kwam als vervanger op de 74e minuut in de 3<unk>2 nederlaag tegen Sampdoria op 18 mei 2013, hij brak zijn pols laat in de wedstrijd. Hij eindigde zijn seizoen met slechts twee wedstrijden in de competitie en zonder een doelpunt in elf wedstrijden in alle competities. Juventus koos ervoor om de lening niet permanent te maken, en Bendtner keerde terug naar Arsenal.