Sachverhalt: A. Die IV-Stelle Schwyz sprach dem 1956 geborenen D._ mit Verfügung vom 6. September 2002 bei einem Invaliditätsgrad von 100 % eine ganze Rente der Invalidenversicherung - nebst Zusatzrenten für seine Ehefrau und die vier Kinder - ab 1. August 2001 zu. Im August 2006 leitete die Verwaltung ein Revisionsverfahren ein. U.a. holte sie in dessen Verlauf bei Dr. med. M._, Spezialarzt für Psychiatrie und Psychotherapie, die Gutachten vom 29. Januar 2006 (recte: 2007) und vom 9. Oktober 2008 ein und verpflichtete den Versicherten zu einer stationären Behandlung, die vom 1. Oktober bis 9. November 2007 in der psychiatrischen Klinik X._ erfolgte (undatierter Bericht). Anlässlich einer Abklärung vor Ort wurde eine Hilflosigkeit mittleren Grades geltend gemacht (Abklärungsbericht Hilflosigkeit IV vom 22. Januar 2009). In der Folge veranlasste die IV-Stelle eine Überwachung des Versicherten (Überwachungsberichte vom 24. Februar und 21. April 2010), worauf sie die Rentenzahlungen sistierte (Verfügung vom 2. Juni 2010) und eine Begutachtung des Versicherten durch das Institut W._ anordnete. Bevor diese durchgeführt werden konnte, erlitt der Versicherte am 5. September 2010 anlässlich einer Auseinandersetzung in einem bosnischen Kulturzentrum eine Messerstichverletzung, die eine Hospitalisierung bis zum 16. September 2010 im Spital Z._ erforderte (Austrittsbericht vom 14. September 2010) und vom 10. bis 28. Oktober 2010 eine weitere stationäre Behandlung in der psychiatrischen Klinik X._ nach sich zog (Bericht vom 10. Dezember 2010). Nach Durchführung des Vorbescheidverfahrens und namentlich gestützt auf das Gutachten des Instituts W._ vom 24. Januar 2011 hob die IV-Stelle die Verfügung vom 6. September 2002 "im Rahmen einer prozessualen Revision gemäss Art. 53 Abs. 1 ATSG" rückwirkend auf. Zudem forderte sie die "zu Unrecht erwirkten Rentenleistungen [...] gemäss Art. 25 Abs. 2 ATSG fünf Jahre rückwirkend (ab April 2006) [...], vorbehältlich einer längeren Verjährungsfrist gemäss Strafrecht", zurück (Verfügung vom 17. Juni 2011). Die Höhe des - auf den Zeitraum vom 1. April 2006 bis 31. Mai 2010 entfallenden - Rückforderungsbetrages legte sie mit Verfügung vom 22. Juni 2011 auf Fr. 140'587.- fest. B. Die dagegen erhobenen Beschwerden des D._ wies das Verwaltungsgericht des Kantons Schwyz nach Vereinigung der Verfahren mit Entscheid vom 15. März 2012 ab. C. D._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen mit folgenden Anträgen: "1. Der vorinstanzliche Entscheid sei aufzuheben und es sei dem Versicherten ab sofort und rückwirkend ab dem Datum der Sistierung die sistierte Rente in unveränderter Höhe auszubezahlen. 2. Eventualiter sei der vorinstanzliche Entscheid aufzuheben und zur Ergänzung des Sachverhaltes, zur Neuprüfung und zur erneuten Entscheidung an die Vorinstanz bzw. an die IV-Stelle Schwyz zurückzuweisen. 3. Subeventualiter sei der vorinstanzliche Entscheid aufzuheben und dem Versicherten die Rente ab Sistierungsdatum abzuerkennen. Die Rückforderung früher ausgerichteter Rentenleistungen sei infolge Verwirkung vollumfänglich abzuweisen." Ferner lässt er um unentgeltliche Rechtspflege ersuchen. Die IV-Stelle, das kantonale Gericht und das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichten auf eine Stellungnahme.