Sachverhalt: A. A._ alarmierte am 18. September 2006 die kantonale Notrufzentrale in Frauenfeld und meldete, sie sei soeben von ihrem Ehemann X._ geschlagen worden und habe fluchtartig die Wohnung verlassen müssen. Im Zuge der Ermittlungen gab sie an, ihr Ehemann habe sie schon bald nach der Hochzeit Ende Oktober 1993 wiederholt tätlich angegriffen und zum Beischlaf gezwungen. Zudem habe er die gemeinsamen Kinder B._, C._, D._, E._ und F._ mehrfach geschlagen. B. Das Obergericht des Kantons Thurgau sprach X._ am 27. Juni 2011 zweitinstanzlich der mehrfachen Vergewaltigung (Anklageziffer 1), der mehrfachen einfachen Körperverletzung sowie der mehrfachen Drohung zum Nachteil der Ehefrau (Anklageziffer 2) und der Verletzung der Fürsorge- und Erziehungspflicht zum Nachteil der Kinder (Anklageziffer 3) schuldig. Das Verfahren wegen mehrfacher Körperverletzung zum Nachteil der Kinder stellte es ein. Es verurteilte X._ zu einer Freiheitsstrafe von fünf Jahren. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, es sei das angefochtene Urteil aufzuheben und die Sache zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.