Sachverhalt: A. X.a._ wird vorgeworfen, am 20. September und am 21. November 2008 zusammen mit einer Mitbeschuldigten Kokain aus dem Transitbereich des Flughafens Zürich geschleust zu haben. Am 15. April 2010 habe er gemeinsam mit einem Mitbeschuldigten Anstalten dazu getroffen. Weiter habe er am 1. April 2009 beim Bundesamt für Migration einen Einbürgerungsantrag mit unzutreffenden Personalangaben gestellt. B. Das Bezirksgericht Bülach verurteilte X.a._ am 29. November 2011 wegen mehrfacher qualifizierter Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und versuchter Erschleichung einer falschen Beurkundung zu einer Freiheitsstrafe von sieben Jahren. Es erkannte auf eine Ersatzforderung des Staates von Fr. 10'000.-- und ordnete die Einziehung des beschlagnahmten Bargelds, der Mittel auf dem gesperrten Bankkonto sowie der gefälschten angolanischen Identitätskarte lautend auf X.a._ an. Dieses Urteil bestätigte das Obergericht des Kantons Zürich am 29. Oktober 2012 auf Berufung von X.a._ hin. C. X.a._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, er sei wegen einer Ordnungswidrigkeit nach Zollgesetz zu bestrafen. Vom Vorwurf der Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und der versuchten Erschleichung einer falschen Beurkundung sei er freizusprechen. Es sei ihm eine angemessene Entschädigung für Überhaft und eine Genugtuung zuzusprechen. Auf die Ersatzforderung sei zu verzichten. Er sei zur Übernahme der Verfahrenskosten im Betrag von Fr. 900.-- zu verpflichten. Ferner ersucht er um unentgeltliche Rechtspflege.