2012 aasta suvel teatati, et Tito Vilanova, Barcelonas asekaitsejuht, võtab Pep Guardiola asemel juhtimise üle. Pärast tema ametisse nimetamist tegi Barcelona uskumatu võistluse, mis nägi, et nad hoidsid kogu hooaja jooksul liigasüsteemi tippkohtumist, registreerides ainult kaks kaotust ja kogudes 100 punkti. Nende parim värava tegija oli taas kord Lionel Messi, kes tegi La Liga 46 väravat, sealhulgas kaks hattriiki. 11. mail 2013 krooniti Barcelona Hispaania jalgpalli meistriks 22. korda, mängides veel neli mängu. Lõppkokkuvõttes lõpetas Barcelona hooaja 15 punkti võrra oma rivaalidest Real Madridist, vaatamata sellele, et nad kaotasid neile märtsi alguses 2:1. Nad jõudsid mõlemas Copa del Rey poolfinaali.
Ja Meistrite Liiga, mis läheb vastavalt Real Madridi ja Bayern Müncheni vastu. 19. juulil teatati, et Vilanova astus tagasi Barcelona treenerina, sest tal oli naasnud kõrivähk, ja ta sai ravi teist korda pärast kolme kuu pikka meditsiinilist puhkust 2012. aasta detsembris.