Fatti: A. Nel gennaio del 2003 la Procura della Repubblica italiana presso il Tribunale di Milano ha aperto un procedimento penale nei confronti, tra gli altri, di A._, amministratore delegato di D.X._S.p.A., di E._, vicepresidente di D.X._S.p.A., di F._, amministratore delegato di B.X._S.p.A. e di altri dirigenti di società del gruppo X._, siccome sospettati di corruzione aggravata, riciclaggio di denaro, partecipazione ad associazione a delinquere, appropriazione indebita aggravata ed altri reati ai danni delle società del gruppo. Gli indagati erano in particolare sospettati di essersi appropriati illecitamente, tra il 1999 e il 2002, di parte del patrimonio della D.X._S.p.A. mediante la stipulazione di contratti di consulenza e di fornitura di manodopera specializzata con società di comodo da loro controllate o messe a disposizione da persone compiacenti, segnatamente da G._, per attività in tutto o in parte inesistenti. Avrebbero inoltre corrotto funzionari italiani e stranieri allo scopo di ottenere l'aggiudicazione di appalti nel settore degli impianti per l'energia elettrica e per opere di desalinizzazione, facendosi poi retrocedere parte degli importi pagati illecitamente. Il denaro provento dei reati sarebbe poi stato trasferito su conti bancari svizzeri di spettanza degli indagati o di loro familiari o su altri conti esteri messi a disposizione da terzi, segnatamente da H._. B. Con sentenza del 4 ottobre 2006 del Giudice per le indagini preliminari presso il Tribunale di Milano, emanata secondo il rito del patteggiamento, H._ è stato condannato a una pena di un anno e quattro mesi di reclusione, sospesa condizionalmente, in particolare per essersi associato, tra gli altri, con i suddetti dirigenti del gruppo X._ e con G._ al fine di appropriarsi indebitamente di fondi della D.X._S.p.A. nonché per avere partecipato a un disegno criminoso volto a favorire le società I._ e J._ nell'aggiudicazione di commesse, concordando compensi illeciti con i dirigenti delle stesse. Il 27 luglio 2007 la Procura della Repubblica ha chiesto il rinvio a giudizio, tra gli altri, di G._, A._, E._ e F._. Il 27 aprile 2009 il Giudice per le indagini preliminari ha emanato il decreto che dispone il giudizio nei confronti segnatamente di A._, E._ e F._. Con una sentenza di patteggiamento di stessa data ha in particolare condannato G._ alla pena di due anni e sei mesi di reclusione e disposto la confisca di EUR 5'000.--. Il 9 febbraio 2010 è stato aperto il dibattimento dinanzi al Tribunale di Milano. C. Frattanto, con atto di accusa del 15 giugno 2009, il Ministero pubblico della Confederazione (MPC) ha messo in stato di accusa dinanzi al Tribunale penale federale (TPF) G._, A._, E._ e la di lui moglie K._, F._ e la di lui moglie L._, nonché il consulente bancario M._ per riciclaggio di denaro giusta l'art. 305bis CP, in parte aggravato. In sostanza, il MPC rimprovera loro di avere compiuto in Svizzera atti suscettibili di vanificare l'accertamento dell'origine, il ritrovamento o la confisca di valori patrimoniali provento dei reati commessi all'estero ai danni di società del gruppo X._, riconducibili segnatamente a tangenti per l'ottenimento di commesse pubbliche e alla stipulazione di contratti di consulenza e di outsourcing fittizi. D. Con sentenza del 18 marzo 2010 la Corte penale del TPF ha riconosciuto G._ autore colpevole di riciclaggio di denaro aggravato limitatamente a determinati capi di accusa, per complessivi USD 840'404.59, e lo ha condannato alla pena pecuniaria di 180 aliquote giornaliere di fr. 10.-- ciascuna, a valere quale pena complementare alla pena di due anni e sei mesi di reclusione inflittagli mediante la sentenza 27 aprile 2009 del giudice italiano. Ha inoltre riconosciuto E._ autore colpevole di riciclaggio di denaro aggravato, nonché di ripetuto riciclaggio di denaro limitatamente a determinati capi di accusa, per complessivi USD 840'404.59, condannandolo alla pena detentiva di 14 mesi e alla pena pecuniaria di 30 aliquote giornaliere di fr. 100.-- ciascuna, sospese condizionalmente per un periodo di prova di due anni. La Corte penale del TPF ha pure riconosciuto A._ autore colpevole di ripetuto riciclaggio di denaro limitatamente ad alcuni capi di accusa, per complessivi EUR 3'276'221.-- e USD 242'000.-- e lo ha condannato alla pena detentiva di 17 mesi, sospesa condizionalmente per un periodo di prova di due anni. Gli accusati sono stati prosciolti dai capi di accusa che non sono stati oggetto di condanna. La Corte penale del TPF ha per contro prosciolto da tutte le imputazioni K._, F._, L._, nonché M._ ed ha dichiarato irricevibili per incompetenza giurisdizionale le pretese delle parti civili C.X._S.p.A., D.X._S.p.A. e B.X._S.p.A. Ha inoltre ordinato la confisca di USD 840'404.59 depositati sulla relazione yyy intestata a zzz presso la banca N._ di Chiasso e di EUR 3'276'221.-- e USD 242'000.-- depositati sulla relazione vvv www intestata a A._ presso la banca O._ di Singapore, già oggetto di sequestro. Per i restanti beni e valori è stato ordinato il dissequestro. E. E._ impugna questa sentenza con un ricorso in materia penale al Tribunale federale, chiedendo in via principale di essere prosciolto da tutti i capi di accusa. In via subordinata, chiede che la causa sia rinviata al TPF per un nuovo giudizio nella misura in cui concerne la sua condanna e la confisca dei valori patrimoniali sulla relazione intestata a zzz Il ricorrente chiede inoltre di essere posto al beneficio del gratuito patrocinio. Fa valere la violazione degli art. 156 seg. vPP, art. 9, 29 cpv. 1 e 2, 32 cpv. 2 Cost., art. 6 n. 3 lett. d CEDU, art. 138, 158, 305bis CP e art. 646 del Codice penale italiano. Non sono state chieste osservazioni sul merito del gravame. F. La sentenza della Corte penale del TPF è stata impugnata con ricorsi in materia penale anche dal MPC (causa 6B_735/2010), da A._ (causa 6B_718/2010) e dalle parti civili C.X._S.p.A., D.X._S.p.A. e B.X._S.p.A. (causa 6B_732/2010). I rispettivi ricorsi sono oggetto di giudizi distinti. G. Con decreto presidenziale del 14 ottobre 2010 è stato conferito effetto sospensivo al dispositivo della sentenza impugnata concernente la confisca dei citati valori patrimoniali.