Sachverhalt: A. Der 1960 geborene A._ bezog seit 1. Januar 2006 eine Dreiviertelsrente der Invalidenversicherung (Verfügung der IV-Stelle des Kantons Thurgau vom 13. Juli 2007). Im Rahmen einer Revision von Amtes wegen liess die IV-Stelle A._ in der Zeit vom 25. Juli bis 21. August 2012 observieren (Ermittlungsbericht der B._ GmbH vom 23. August 2012) und holte ein Gutachten des Dr. med. C._, Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie FMH, vom 17. Mai 2013 ein. Nach Durchführung des Vorbescheidverfahrens stellte sie die Rente mit Verfügung vom 1. Oktober 2013 unter Hinweis auf einen Invaliditätsgrad von 19 % auf Ende November 2013 ein. Das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau hiess die dagegen erhobene Beschwerde in dem Sinne gut, dass es die Verfügung aufhob und die Sache an die Verwaltung zurückwies, damit diese, nach Einholung eines psychiatrischen Verlaufsgutachtens, über die Einstellung oder allenfalls Herabsetzung der Rente per Ende November 2013 neu entscheide (Entscheid vom 4. Juni 2014). Die IV-Stelle veranlasste ein vom 20. Oktober 2014 datierendes Gutachten bei Dr. med. D._, Psychiatrisches Zentrum E._, führte erneut ein Vorbescheidverfahren durch und bestätigte mit Verfügung vom 2. März 2015 die Renteneinstellung auf Ende 2013, dieses Mal gestützt auf einen Invaliditätsgrad von 16 %. B. Das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau wies die dagegen erhobene Beschwerde ab (Entscheid vom 6. April 2016). C. A._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und beantragen, in Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids sei ihm ab 1. Dezember 2013 weiterhin eine Dreiviertelsrente auszurichten. Ferner lässt er um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung ersuchen. Das Bundesgericht zieht die Akten bei, führt aber keinen Schriftenwechsel durch.