Sachverhalt: A. Das Kreisgericht X Thun verurteilte X._ am 28. Juni 2005 unter anderem wegen mehrfacher sexueller Handlungen mit Kindern zu einer Freiheitsstrafe von drei Jahren und neun Monaten, welche es zugunsten einer stationären Massnahme aufschob. X._ wurde am 3. April 2008 bedingt aus dem Massnahmenvollzug entlassen. Die Probezeit betrug drei Jahre. B. Das Regionalgericht Oberland verurteilte X._ am 5. Januar 2012 wegen mehrfacher sexueller Handlungen mit Kindern und unter Einbezug der obgenannten Strafe zu einer Gesamtfreiheitsstrafe von fünf Jahren sowie einer stationären Massnahme. Zudem ordnete es die Rückversetzung an (Art. 62a Abs. 1 lit. a und b StGB). Das Obergericht des Kantons Bern bestätigte am 13. Februar 2013 den erstinstanzlichen Schuldspruch sowie die Rückversetzung und setzte die Freiheitsstrafe auf 15 Monate fest, weil die Voraussetzungen für eine Gesamtstrafe nicht erfüllt waren. Dem Schuldspruch liegt folgender Sachverhalt zugrunde: X._ baute zum Opfer ein Vertrauensverhältnis auf. Er rieb am 21. April 2009 mit seinem erigierten Penis am Geschlechtsteil des damals 11-jährigen Mädchens und berührte es mit den Händen an den Beinen, den Armen und am Bauch. Gleichentags hielt er seinen erigierten Penis an die Füsse des Opfers. In der Zeit von März 2009 bis August 2009 rieb X._, als er bei der Familie des Opfers übernachtete, weniger als zehn Mal beim "Gutenachtsagen" seinen erigierten Penis über der Hose bzw. Unterhose des Mädchens an dessen Geschlechtsteil. Einmal berührte er es mit seinem erigierten Penis am Geschlechtsteil, als sie zusammen am Computer arbeiteten. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt im Hauptpunkt, das angefochtene Urteil sei aufzuheben, und er sei von der Anschuldigung der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern freizusprechen.