Sachverhalt: A. X._ stach A._ am 4. November 2007 um ca. 01.40 Uhr im Rahmen eines Raufhandels mit einem Schraubenzieher, der einen ca. 8.5 cm langen Kunststoffgriff sowie ein ca. 9 cm langes Metallteil mit flachem, knapp 3 mm breitem Ende aufwies, in die rechte Flanke. Er fügte diesem dadurch eine lebensgefährliche Verletzung der Lunge zu. B. Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte X._ am 28. April 2009 wegen schwerer Körperverletzung im Sinne von Art. 122 Abs. 1 StGB und Raufhandels im Sinne von Art. 133 Abs. 1 StGB zu einer Freiheitsstrafe von drei Jahren. Den Vollzug der Freiheitsstrafe schob es im Umfang von 23 Monaten auf. C. Das Bundesgericht hiess am 28. Januar 2010 eine Beschwerde der Oberstaatsanwaltschaft Zürich gegen das Urteil vom 28. April 2009 im Strafpunkt gut und wies die Sache zur neuen Strafzumessung an die Vorinstanz zurück (Verfahren 6B_584/2009). D. Das Obergericht des Kantons Zürich setzte die Freiheitsstrafe von X._ mit Urteil vom 19. Juli 2010 neu auf 4 Jahre und 9 Monate fest. Auf eine dagegen erhobene kantonale Nichtigkeitsbeschwerde trat das Kassationsgericht am 15. September 2011 nicht ein. E. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit dem Antrag, das Urteil des Obergerichts vom 19. Juli 2010 aufzuheben und das Strafmass gemäss Urteil vom 28. April 2009 zu bestätigen. Eventualiter sei der Entscheid zur vollständigen Begründung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.