Sachverhalt: A. X._ wird vorgeworfen, er habe Y._ am 10. September 2008 auf dem Weg zu ihrer Wohnung zehn bis zwölf Mal ins Gesicht geschlagen. Anschliessend habe er ihr befohlen, die Hosen herunter zu lassen, und sie zum Oralverkehr gezwungen. Danach habe er sie umgedreht und sei mit seinem Penis gegen ihren Willen in ihre Scheide eingedrungen. In der Wohnung von Y._ habe er ein Messer aus der Küche genommen, damit ein Loch in ihre Hose geschnitten und ihr dabei einen 5 cm langen Kratzer zugefügt. Er habe sie zweimal ins Gesicht geschlagen, bevor sie sich habe ausziehen müssen. Er habe sie nackt auf den Boden gedrückt und erneut zum Oralverkehr gezwungen. Er habe ihr den Penis in die Scheide eingeführt, sei anschliessend in ihren After eingedrungen und habe den Penis abwechslungsweise gegen ihren Willen in ihren After und ihren Mund gestossen. Dadurch habe ihr Intimbereich geschmerzt und ihr After sei wund und aufgerissen gewesen. Am 23./24. Oktober 2008 habe X._ Y._ mehrere Kerzen angeworfen. Er habe ihr mit einer Keramikschüssel mehrmals auf den Kopf geschlagen und gedroht, sie "grün und blau" zu schlagen. Nach einem misslungenen Fluchtversuch habe sie sich nackt ausziehen müssen, worauf er ihr mehrmals mit dem Hosengurt auf das Gesäss und die Oberschenkel geschlagen habe. Danach sei er mehrmals mit seinem Penis in ihren After eingedrungen. Er sei nach einer kurzen Pause auf ihre Arme gekniet und habe diese dadurch fixiert. Nachdem sie ihm gesagt habe, er müsse ihre Wohnung innert einer Woche verlassen, habe er seinen Penis mehrmals so tief in ihren Mund gesteckt, dass sie kaum mehr atmen konnte. Sie habe in der Folge erbrechen müssen und während mehrerer Wochen an Hals- und Schluckbeschwerden gelitten. X._ habe ihr gedroht, mit einem Glas ihr Gesicht aufzuschlitzen und sie umzubringen, wenn sie jemandem von den Vorfällen erzähle. B. Das Bezirksgericht Uster verurteilte X._ am 6. Oktober 2011 wegen mehrfacher Vergewaltigung und mehrfacher sexueller Nötigung zu einer Freiheitsstrafe von 3 Jahren und 5 Monaten. Es ordnete eine vollzugsbegleitende ambulante Massnahme an. Vom Vorwurf der Drohung sprach es ihn frei. Die Parteien erhoben Berufung und die Staatsanwaltschaft des Kantons Zürich Anschlussberufung. Das Obergericht des Kantons Zürich trat am 19. Juni 2012 auf die Berufung von Y._ nicht ein. Es verurteilte X._ wegen mehrfacher Vergewaltigung, mehrfacher sexueller Nötigung und versuchter Drohung zu einer Freiheitsstrafe von 4 1⁄2 Jahren. Zudem ordnete es eine vollzugsbegleitende ambulante Massnahme an. C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das angefochtene Urteil sei aufzuheben, und er sei von den Vorwürfen der mehrfachen Vergewaltigung, der mehrfachen sexuellen Nötigung und der versuchten Drohung freizusprechen. Eventualiter sei die Sache zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.