Na początku sezonu grywał często, jednak podstawową parą stoperów byli Sergio Ramos i Pepe, jednak dwumiesięczna kontuzja tego drugiego, zmusiła sztab szkoleniowy Los Blancos na ruch, jakim było wystawienie Varane’a w kilku bardzo ważnych spotkaniach na początku 2013 roku. W El Clásico rozgrywanym w ramach półfinału Pucharu Króla wychowanek Lens rozegrał wręcz doskonały mecz, zwieńczony bramką na 1:1, dającą nadzieję na awans do finału. Piłkarz urodzony w Lille stał się w ten sposób najmłodszym obcokrajowcem, który zdobył bramkę w El Clásico i drugim w historii obrońcą Realu, który w swoim pierwszym El Clásico strzelił gola. W rewanżu na Camp Nou strzelił trzeciego gola dla Realu, przyczyniając się do wygranej Realu 3:1. Wystąpił także w zwycięskim dwumeczu z Manchesterem United. We wszystkich tych meczach imponował spokojem, czystą grą oraz interwencjami, wielokrotnie ratując zespół przed utratą bramki. Świetną grą zapewnił sobie pewne miejsce w wyjściowym składzie, nawet po powrocie doświadczonego reprezentanta Portugalii Pepe. Uważany jest za jednego z najlepszych stoperów młodego pokolenia.