Sachverhalt: A. Das Kantonsgericht St. Gallen verurteilte A.X._ zweitinstanzlich wegen mehrfacher Vergewaltigung, sexueller Nötigung, mehrfacher Drohung, versuchter Nötigung und Widerhandlung gegen das Waffengesetz zu einer teilbedingten Freiheitsstrafe von drei Jahren und einer bedingten Geldstrafe von 10 Tagessätzen zu Fr. 100.--. Vom Vorwurf weiterer Delikte (mehrfache Drohung, sexuelle Nötigung und versuchte sexuelle Nötigung) sprach es ihn frei. Es verlängerte die Probezeit einer bedingt ausgesprochenen Strafe von 8 Tagessätzen zu Fr. 180.-- um ein Jahr und verpflichtete ihn, B.X._ eine Genugtuung von Fr. 8'000.-- nebst Zins zu bezahlen. Dem Schuldspruch liegt folgender Sachverhalt zugrunde: A.X._ sagte im Sommer 2009 zu seiner Ehefrau B.X._, er werde sie und alle Personen erschiessen, die versuchten, ihn aus dem gemeinsamen Haus zu bringen. In der Nacht vom 1. auf den 2. Oktober 2009 teilte er seiner Ehefrau mit, er werde ihrem Liebhaber "die Eier abschneiden", behändigte ein Samuraischwert und verliess das gemeinsame Haus. Die verängstigte Ehefrau kontaktierte die Polizei. An einem Sonntagabend im November 2009 suchte A.X._ seine von ihm getrennt schlafende Ehefrau in ihrem Zimmer auf, nachdem sie von einem Wochenende mit ihrem Freund zurückgekommen war. Er legte sich unvermittelt und mit Gewalt auf sie und vollzog an ihr den Geschlechtsverkehr, obschon sie ihm gesagt hatte, sie wolle dies nicht. Am Morgen des 4. Januar 2010 kam es zwischen A.X._ und seiner Ehefrau gegen deren Willen im gemeinsamen Haus zu oralem und vaginalem Verkehr. B.X._ wehrte sich gegen ihren Gewalt anwendenden und drohenden Ehemann verbal und weinte. Nach dem Geschlechtsverkehr drohte er ihr, er werde sie oder ihren Freund umbringen, wenn sie Anzeige erstatte. Ferner führte A.X._ am 1. Januar 2010 ein einhändig bedienbares Messer mit automatischem Ausfahrmechanismus in die Schweiz ein und bewahrte es zu Hause auf. B. A.X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, Ziffer 2 (Schuldpunkt), 3 (Strafe) und 4 (Verlängerung der Probezeit sowie Genugtuung) des angefochtenen Urteils seien aufzuheben. Er sei in sämtlichen Anklagepunkten freizusprechen. Eventualiter sei das angefochtene Urteil aufzuheben und die Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege. C. Das Kantonsgericht St. Gallen, die Staatsanwaltschaft des Kantons St. Gallen und B.X._ wurden zur Vernehmlassung, beschränkt auf die Strafzumessung, eingeladen. Sie beantragen die Abweisung der Beschwerde.