Cahill skoraði í fyrsta leik sínum á tímabilinu í 4<unk>2 sigri gegn Reading 22. ágúst 2012. Þann 31. ágúst skoraði hann í UEFA Super Cup 2012.
gegn Atlético Madrid, sem Chelsea tapaði 4 til 1. Þann 5. desember 2012 skoraði Cahill sitt fyrsta mark í Meistaradeild Evrópu, gegn Nordsjælland í 6<unk>1 heimaleik. 16. desember 2012 var Cahill sendur út gegn Corinthians í 1<unk>0 2012 FIFA Club World Cup úrslitakeppni Chelsea eftir árekstur við Emerson. Í janúar 2013 lék Cahill ekki í deildarbikarleiknum gegn Stoke City vegna fæðingar sonar síns, Leo. Þann 15. maí var hann í byrjunarliðinu í úrslitaleiknum í Evrópudeildinni 2013 gegn Benfica og gerði mikilvæga síðustu tæklingu í lokatímum til að tryggja að Chelsea vann leikinn 2<unk>1.