Sachverhalt: A. A.a. Das Regionalgericht Emmental-Oberaargau verurteilte X._ am 22. Juni 2012 wegen Raubes, begangen unter Offenbarung einer besonderen Gefährlichkeit, zu einer Freiheitsstrafe von 42 Monaten und ordnete eine stationäre Suchtbehandlung im Sinne von Art. 60 StGB an. Den Vollzug der Freiheitsstrafe schob es zugunsten der Massnahme auf. X._ und die Staatsanwaltschaft legten gegen dieses Urteil Berufung ein. A.b. Das Obergericht des Kantons Bern bestätigte am 22. März 2013 den erstinstanzlichen Schuldspruch. Es auferlegte X._ eine Freiheitsstrafe von 48 Monaten. Die Anordnung der stationären Suchtbehandlung erwuchs unangefochten in Rechtskraft. Das Obergericht hält folgenden Sachverhalt für erwiesen: X._ und Y._ trafen nach dem Ausgang am frühen Morgen des 26. Juni 2011 auf dem Bahnsteig des Bahnhofs Wangen a.A. auf Z._, der sich mit dem Zug von 6.02 Uhr nach Solothurn begeben wollte. Y._ ging auf diesen los, riss ihn zu Boden und nahm ihn in den Schwitzkasten. In der Folge schlugen sowohl Y._ als auch X._ mit Fäusten und Füssen auf diesen ein und forderten wiederholt Geld resp. die Herausgabe des Portemonnaies. Z._ gelang es, nach einigen Minuten wieder aufzustehen und in den zwischenzeitlich eingefahrenen Zug einzusteigen. X._ und Y._ folgten ihm, schlugen weiter mit Fäusten und Füssen auf ihn ein und forderten ihn erneut auf, Geld herauszugeben. Sie liessen von Z._ ab, als dieser X._ nach Eintreffen des Zugs in Solothurn Fr. 50.-- aushändigte. Z._ erlitt ein Schleudertrauma der Halswirbelsäule, Prellungen am Thorax rechts und an der linken Flanke, zahlreiche Rissquetschwunden im Gesicht, ein gebrochenes Nasenbein, zwei teilweise abgebrochene Zähne sowie Schürfwunden und Prellmarken an den Knien. B. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das Urteil vom 22. März 2013 aufzuheben und die Angelegenheit zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.