Courtoisin laina Atléticolle jatkui kaudella 2012-13. Hänen ensimmäinen ottelunsa laina-ajan pidentämisessä oli vanhempijoukkue Chelsea vastaan UEFA Super Cupissa 2012.
Monaco, joka päättyi 4-1 voittoon Atlético Madridille. Myöhemmin kaudella Courtois asetti uuden Atlético Madridin ennätyksen 820 minuutissa ilman maalia Estadio Vicente Calderonilla, joka päättyi voittoon 1-0 tappiolla Real Sociedadia vastaan. Atlético pääsi Copa del Rey -finaaliin vuonna 2013, ja Courtois nimitettiin ottelun parhaaksi mieheksi voitolla 2-1 Realia vastaan, ensimmäistä kertaa, kun Atlético oli voittanut kaupungin kilpailijansa 14 vuoteen.