Sachverhalt: A. A.a X._ (geb. 1946) und Z._ (geb. 1953) heirateten am 1982 in A._. Sie sind die gemeinsamen Eltern der Kinder S._ (geb. 1983) und T._ (geb. 1991). Die Parteien lebten ab September 1999 getrennt, was am 12. Mai 2000 eheschutzrichterlich vorgemerkt wurde. A.b Mit Urteil des Bezirksgerichts Zürich vom 28. März 2011 wurde die Ehe auf gemeinsames Begehren der Parteien geschieden. Das Bezirksgericht genehmigte Ziff. 6 der Teilkonvention der Parteien betreffend die während der Ehe geäufneten Austrittsguthaben aus beruflicher Vorsorge (2). Ferner wies es die Stiftung U._, bzw. die Stiftung V._, die Vorsorgeeinrichtungen von X._, an, Fr. 150'288.-- bzw. Fr. 72'013.55.-- auf ein Freizügigkeitskonto von Z._ zu überweisen (3 und 4). Mit Bezug auf die hier noch strittigen Punkte wies das Bezirksgericht X._ an, Z._ eine güterrechtliche Ausgleichszahlung von Fr. 305'046.-- zu leisten (5). Ferner verpflichtete es ihn, an den Unterhalt von Z._ bis zu deren Eintritt ins ordentliche Pensionsalter monatliche Unterhaltsbeiträge von Fr. 3'850.-- zu bezahlen (6). Des Weiteren auferlegte es die Kosten zu einem Drittel Z._ und zu zwei Dritteln X._ (8) und verpflichtete X._ Z._ eine reduzierte Prozessentschädigung von Fr. 9'000.-- zu leisten (9). B. Am 28. Mai 2011 erhob X._ beim Obergericht des Kantons Zürich Berufung gegen das erstinstanzliche Urteil und beantragte, die in Ziff. 5 bestimmte güterrechtliche Ausgleichszahlung auf Fr. 162'815.-- herabzusetzen und den in Ziffer 6 des erstinstanzlichen Urteils festgesetzten persönlichen Unterhaltsbeitrag zugunsten von Z._ aufzuheben. Dementsprechend seien die erstinstanzlichen Kosten (8) hälftig aufzuteilen und Z._ in Abänderung von Ziff. 9 des erstinstanzlichen Urteils keine Parteientschädigung zuzusprechen. Z._ erhob ihrerseits Anschlussberufung für den Fall, dass die güterrechtliche Ausgleichszahlung in Gutheissung der Berufung herabgesetzt wird. Mit Beschluss vom 2. August 2011 nahm die angerufene Instanz davon Vormerk, dass die Ziffern 2, 3 und 4 des erstinstanzlichen Urteils in Rechtskraft erwachsen seien. Gleiches tat sie mit Bezug auf den Scheidungspunkt (Ziff. 1; Rechtskrafteintritt am 10. Oktober 2011) mit Beschluss vom 9. August 2012, wobei sie das erstinstanzliche Urteil dahingehend präzisierte, dass die Ehe der Parteien gestützt auf Art. 112 ZGB geschieden worden sei. Ferner trat es auf die von Z._ gegen das erstinstanzliche Urteil erhobene eventuelle Anschlussberufung nicht ein. Mit Urteil vom gleichen Tag wies das Obergericht überdies die Berufung von X._ ab und bestätigte das erstinstanzliche Kostendispositiv (7-9). C. X._ hat am 24. September 2012 gegen den obergerichtlichen Beschluss vom 9. August 2012 und das Urteil vom 9. August 2012 Beschwerde in Zivilsachen erhoben. Mit Bezug auf das angefochtene Urteil stellt er im Wesentlichen die gleichen Anträge wie vor Obergericht. Bezüglich des Beschlusses vom 9. August 2012 beantragt er, die Anschlussberufung von Z._ (Beschwerdegegnerin) unter Kosten- und Entschädigungsfolge abzuweisen. Der Begründung seines Rechtsmittels lässt sich entnehmen, dass er sich überdies gegen den Beschluss vom 2. August 2012 richtet, mit dem das Obergericht die Rechtskraft der Dispositiv-Ziffern 2, 3 und 4 des erstinstanzlichen Urteils festgestellt hat. Allgemein verlangt er, die von ihm beantragten Beweise seien abzunehmen. Die rechtswidrig nicht hälftig geteilte Pensionskasse sei hälftig zu teilen. Ferner beantragt er den Ausstand der Bezirksrichterin W._, falls diese mit Rechtsanwalt W._ in irgendeiner Verbindung steht. Zusätzlich begehrt er den Ausstand von Oberrichterin Y._, da ihm diese das rechtliche Gehör verweigert habe und daher befangen sei. D. Mit Präsidialverfügung vom 22. Oktober 2012 wurde dem Gesuch des Beschwerdeführers um aufschiebende Wirkung, zu dem sich weder die Gegenpartei noch das Obergericht vernehmen liessen, mit Bezug auf den Vorsorgeausgleich, die güterrechtliche Ausgleichszahlung und die Unterhaltsbeiträge entsprochen und der Beschwerde insoweit aufschiebende Wirkung zuerkannt. E. In der Sache sind keine Vernehmlassungen eingeholt worden. F. Am 14. Oktober 2012 ersuchte der Beschwerdeführer um unentgeltliche Rechtspflege. Er hat aber den von ihm verlangten Kostenvorschuss bezahlt.