Courtois'i laenu Atléticole pikendati 2012/13 hooaja jooksul. Tema esimene mäng laenu pikendamisel oli 2012. aasta UEFA Super Cupis Chelsea vastu.
Monaco finaal, mis lõppes Atlético Madridi 4-1 võiduga. Seisooni lõpus lõi Courtois Atlético Madridi rekordi 820 minutiga ilma väravat taluta Estadio Vicente Calderonis, mis lõppes Real Sociedadile 1:0 kaotusega. Atlético jõudis 2013. aasta Copa del Rey finaali ja Courtois nimetati mängu mees Real'i vastu 2: 1, mis oli esimene kord, kui Atlético oli 14 aasta jooksul oma linnavõitlejaid võitnud.