W kończących sezon Mistrzostwach WTA zdobyła razem z Kirilenko tytuł deblowy, pokonując w finale Andreę Hlaváčkovą i Lucie Hradecką 6:1, 6:4. Tydzień później zwyciężyła też w zawodach singlowych podczas WTA Tournament of Champions, kiedy to bez przegrania meczu pokonała w finale Caroline Wozniacki wynikiem 6:2, 6:1. mały|360x360px|Nadia Petrova W styczniu 2013 roku razem ze Srebotnik osiągnęła triumf w turnieju w Sydney, pokonując w finale Errani i Vinci wynikiem 6:3, 6:4. W lutym oba deble ponownie spotkały się w finale turnieju, tym razem w Dosze, jednak Pietrowa z partnerką przegrały z Włoszkami wynikiem 6:2, 3:6, 6-10. W kolejnym tygodniu razem ze Srebotnik awansowały do finału zawodów gry podwójnej w Dubaju, lecz w meczu mistrzowskim uległy parze Bethanie Mattek-Sands–Sania Mirza wynikiem 4:6, 6:2, 7-10. W Indian Wells osiągnęła razem ze Srebotnik finał, w którym uległy Jekatierinie Makarowej i Jelenie Wiesninie 0:6, 7:5, 6–10. W Miami debel ponownie osiągnął finał, w którym pokonał Lisę Raymond i Laurę Robson 6:1, 7:6(2). Przez kontuzje w drugiej części sezonu i rezygnacja z turniejów w Azji, wypadła z pierwszej setki rankingu singlowego. Sezon zakończyła na 102. miejscu (najgorszym od dziesięciu sezonów).