Sachverhalt: A. Nach der Anklageschrift begegnete Y._ anfangs des Jahres 2008 erstmals X._ in einer Sportanlage. Er versuchte sie anzusprechen, beobachtete sie und trainierte möglichst neben ihr. Sie gab ihm zu verstehen, dass sie kein Interesse an ihm hatte. In der Folge trainierte sie in einem anderen Fitnesszentrum und ab Oktober 2009 wieder in der Sportanlage, wo sie auch Kindern Turnstunden gab. Er sprach sie erneut gegen ihren Willen an und beschimpfte sie. Ende November/Anfang Dezember 2009 hielt er sie an den Oberarmen fest und fragte nach dem Namen ihres Freundes. Sonst werde sie schon sehen, was passiere. Sie entwand sich seinem Griff und rannte in die Garderobe. Am 5. Januar 2010 sandte X._ ihrem Freund eine SMS: "Danke, dass ich mir Y._ einige Male ausleihen durfte (...) ". Am 25. Januar 2010 schrieb er ein E-Mail an mehrere Adressen und an die Schulleitung des Kindergartens. Y._ habe eine Brustvergrösserung vornehmen lassen. Er bezweifle, dass das "zur Schau gestellte Frauenbild von der Schulleitung geteilt wird". Ab Ende November 2009 ging er in der Sportanlage jeweils hinter ihr durch, wenn sie am Crosstrainer war, und streifte seine Hand von hinten über ihre Brust, drückte ihr den Oberarm und sagte "Hallo". Die Staatsanwaltschaft klagte ihn wegen mehrfacher Nötigung, eventuell Drohung, sowie wegen mehrfacher sexueller Belästigung an. B. Das Bezirksgericht Zürich (Einzelgericht) fand X._ am 19. Dezember 2011 der versuchten Nötigung (Ende November/Anfang Dezember 2009) schuldig und sprach ihn im Übrigen frei. Auf Berufung von X._ sowie Anschlussberufungen von Y._ und der Staatsanwaltschaft sprach ihn das Obergericht des Kantons Zürich am 11. September 2012 der versuchten Nötigung (Ende November/Anfang Dezember 2009) und der mehrfachen sexuellen Belästigung (Berühren der Brust) schuldig. Von der Anklage der mehrfachen Nötigung sprach es ihn frei. Es bestrafte ihn mit einer bedingten Geldstrafe von 45 Tagessätzen zu Fr. 100.-- sowie Fr. 1'000.-- Busse. C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das obergerichtliche Urteil aufzuheben, die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen und ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren.