Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Cahill scorede på sin første optræden i sæsonen i en 4-2 sejr mod Reading den 22. august 2012. Den 31. august scorede han i UEFA Super Cup 2012
mod Atlético Madrid, som Chelsea tabte 4-1. Den 5. december 2012 scorede Cahill sit første UEFA Champions League-mål mod Nordsjælland i en 6-1 hjemmekamp. Den 16. december 2012 blev Cahill sendt ud mod Corinthians i Chelseas 1-0 2012 FIFA Club World Cup Final nederlag efter et sammenstød med Emerson. I januar 2013 spillede Cahill ikke i ligaen mod Stoke City på grund af fødslen af sin søn, Leo. Den 15. maj startede han i 2013 UEFA Europa League-finalen mod Benfica og gjorde en afgørende sidste tackle i de sidste øjeblikke for at sikre, at Chelsea vandt kampen 2-1.