Real Madrid aloitti kauden 2012-13 voittamalla Espanjan Supercopan, lyöen Barcelonan vierasmaalla. Supercup osoittautui kuitenkin heidän ainoaksi kauden palkintonsa, vaikka he olivat lähellä voittaa ne kaikki. Real sijoittui La Ligaan toiseksi, keräämällä 85 pistettä, ja pääsi UEFA Champions Leagin puolifinaaliin kolmatta vuotta peräkkäin, jossa Borussia Dortmund eliminoi heidät 3<unk>4 kokonaismäärällä. Madrid osallistui myös Copa del Rey -kisoihin.
He voittivat Barcelonan puolifinaalissa ja hävisivät Atlético Madridille sydäntäsärkevällä tavalla. Kauden merkittävin siirto oli Luka Modrićin allekirjoittaminen Tottenham Hotspurista 33 miljoonan punnan hintaan. Lopulta Pérez ilmoitti José Mourinhon eroavan kauden lopussa "keskinäisellä sopimuksella".