Elokuun 2012 siirtoikkunan viimeisenä päivänä Bendtner liittyi Italian Serie A -klubin Juvenukseen lainaajaksi kaudella, jossa oli mahdollisuus muuttaa pysyvästi. Hän teki debyyttinsä Fabio Quagliarellan sijaisena 2.0 voitossa Chievoa vastaan Juventus-stadionilla 22. syyskuuta 2012, ja hänen ensimmäinen starttinsa tuli viisi viikkoa myöhemmin 1.0 voitossa Cataniaa vastaan. Hän aloitti jälleen Coppa Italia -ottelussa Cagliaria vastaan joulukuussa, mutta kärsi lanteen loukkaantumasta, joka vaati leikkauksen, ja hänen odotettiin olevan poissa vähintään kaksi kuukautta. Hänet suljettiin pois loukkaantumisen vuoksi, mutta hän oli kiistan keskellä, kun hänet pidätettiin rattijuopumuksesta 4. maaliskuuta 2013. Bendtner ei palannut peliin ennen Juventusin viimeistä liigan ottelua kaudella.
- Kun titteli on jo varmistettu. Hän tuli 74: n minuutin sijaisena Sampdoriaa vastaan 18. toukokuuta 2013 tapahtuneessa häviössä. Hän mursi ranteensa myöhään pelissä. Hän lopetti kautensa vain kahdella liigan alussa ja ilman maalia yhdeksässä ottelussa kaikissa kilpailussa. Juventus päätti olla tekemättä lainan siirrosta pysyväksi, ja Bendtner palasi Arsenaaliin.