Faits: A. A la suite de l'arrêt de renvoi du Tribunal fédéral des assurances du 24 octobre 2005 dans la cause opposant l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud à B._ (I 460/04), ledit office a mis l'assuré au bénéfice d'une demi-rente d'invalidité pour la période du 1er octobre 2000 au 31 janvier 2003, puis d'une rente entière du 1er février au 31 août 2003, assorties de rentes complémentaires, par décision du 22 juin 2007. B. B._ a déféré cette décision au Tribunal des assurances du canton de Vaud (aujourd'hui : Tribunal cantonal, Cour des assurances sociales) en concluant à son annulation et au versement d'une rente entière à compter du 1er octobre 2000. Par jugement du 17 juin 2008, la juridiction cantonale a rejeté le recours. Elle a également réformé d'office la décision attaquée en ce sens que le droit de l'assuré à une rente a été nié, faute d'atteinte à la santé invalidante. C. B._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement dont il demande la réforme, avec suite de frais et dépens, en concluant principalement à l'octroi d'une rente entière d'invalidité à partir du 1er octobre 2000, subsidiairement à l'annulation de la décision administrative du 22 juin 2007 et au renvoi de la cause à l'office AI pour instruction complémentaire et nouvelle décision. Il sollicite le bénéfice de l'assistance judiciaire. L'intimé conclut au rejet du recours, tandis que le tribunal cantonal et l'Office fédéral des assurances sociales ont renoncé à se déterminer.