Sachverhalt:
A. Das Eidgenössische Untersuchungsrichteramt führte eine Voruntersuchung gegen mehrere Mitglieder des Vereins A._ durch. X._ war in diesem Verfahren nicht Beschuldigter, sondern Auskunftsperson. Im Rahmen der Beweiserhebungen wurde B._, die früher für den Verein A._ als Prostituierte gearbeitet hatte, als Auskunftsperson und Zeugin befragt. Im Rahmen ihrer Einvernahmen beschuldigte sie X._ der Vergewaltigung. Das Eidgenössische Untersuchungsrichteramt übermittelte die Strafanzeige am 15. Oktober 2007 der Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau (kantonale Akten, act. 37 ff.).
Gemäss Anklage der Staatsanwaltschaft des Kantons Aargau vom 7. Dezember 2010 arbeitete B._ für X._ im Herbst/Winter 2002 während ca. vier bis sechs Wochen im Bordell "C._" in D._ als Prostituierte. Nachdem sie es eines Abends abgelehnt hatte, mit ihm intim zu werden, soll er sie mit der Hand und seinem Körpergewicht gewaltsam auf das Bett gedrückt und von hinten an ihr den Geschlechtsverkehr bis zum Samenerguss vollzogen haben. B._ habe die ganze Zeit geweint. X._ wird weiter vorgeworfen, B._ in ihrer Tätigkeit als Prostituierte im Bordell "C._" überwacht und Ort, Zeit und Ausmass der Prostitution bestimmt zu haben. Sie habe nicht frei wählen können, wann, wie oft und für welchen Preis sie sexuelle Dienstleistungen anbieten wollte. Die Einnahmen habe sie umgehend abgeben müssen. Schliesslich soll X._ im Bordell Betäubungsmittel verkauft bzw. abgegeben haben.
B. Das Bezirksgericht Lenzburg stellte das Verfahren mit Urteil vom 28. Juli 2011 in Bezug auf den Vorwurf der Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz infolge Verjährung ein. Es sprach X._ der Vergewaltigung (Art. 190 Abs. 1 StGB) und der Förderung der Prostitution (Art. 195 Abs. 3 StGB) schuldig und verurteilte ihn zu einer unbedingt vollziehbaren Freiheitsstrafe von 3 Jahren.
Auf Berufung von X._ hin bestätigte das Obergericht des Kantons Aargau am 28. Juni 2012 das bezirksgerichtliche Urteil.
C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, er sei von Schuld und Strafe freizusprechen. Eventualiter sei das Urteil des Obergerichts des Kantons Aargau aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Für den Fall des Obsiegens sei ihm eine Genugtuung zuzusprechen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
Erwägungen:
1. Die in Bundeskompetenz u.a. wegen Bildung einer kriminellen Vereinigung (Art. 260ter StGB) geführte Untersuchung gegen mehrere Mitglieder des Vereins A._ hängt nicht mit dem kantonal geführten Verfahren gegen den Beschwerdeführer zusammen. Aus dem Umstand, dass die Bundesanwaltschaft das Verfahren gegen den Verein A._ in Bezug auf den Vorwurf wegen Art. 260ter StGB einstellte, kann der Beschwerdeführer nicht ableiten, seine Verurteilung wegen Vergewaltigung und Förderung der Prostitution sei willkürlich. Die Empfehlung von Strafverfolgungsbehörden des Bundes, ein Verfahren sei zu eröffnen bzw. nicht zu eröffnen, ist für die zuständigen kantonalen Behörden nicht bindend. Ebenso wenig ist von Belang, wie jene Behörden die Aussagen der Geschädigten B._ beurteilten. Selbst wenn sie deren Schilderungen für nicht glaubhaft hielten (siehe aber Schlussbericht des Eidgenössischen Untersuchungsrichteramts, S. 510), folgt daraus nicht, dass die gegenteilige Würdigung durch die Vorinstanz willkürlich ist. Die diesbezüglichen Ausführungen des Beschwerdeführers (Beschwerde, S. 15 ff., S. 18 ff., S. 20 ff.) gehen an der Sache vorbei.
Das gilt auch, soweit er behauptet, ein Eindringen von hinten in eine auf dem Bauch liegende Frau sei unmöglich. Der Beschwerdeführer erweitert den von der Vorinstanz verbindlich festgestellten Sachverhalt (Art. 105 Abs. 1 BGG) in unzulässiger Weise (Beschwerde, S. 23 f.). Inwiefern Abklärungen zu den körperlichen Ausmassen der Geschädigten und des Beschwerdeführers hätten notwendig sein sollen, ist unter diesen Umständen nicht ersichtlich. Die Rügen der Verletzung von Art. 9 und Art. 29 Abs. 2 BV sind unbegründet.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer beanstandet in mehrfacher Hinsicht eine nicht effektive amtliche Verteidigung im Berufungsverfahren und eine Verletzung der richterlichen Fürsorgepflicht durch die Vorinstanz. Er rügt Art. 3 Abs. 2 lit. a (Grundsatz von Treu und Glauben) und lit. c StPO (gerechtes Verfahren/rechtliches Gehör) und Art. 128 StPO (Stellung der Verteidigung) sowie Art. 29 Abs. 3 und Art. 32 Abs. 2 BV sowie Art. 6 Ziff. 3 lit. c EMRK als verletzt.
2.2 Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts müssen der amtliche wie der private Verteidiger die Interessen der Angeschuldigten in ausreichender und wirksamer Weise wahrnehmen und die Notwendigkeit prozessualer Massnahmen im Interesse der Angeschuldigten sachgerecht und kritisch abwägen. Der Angeschuldigte hat Anspruch auf eine sachkundige, engagierte und effektive Wahrnehmung seiner Parteiinteressen. Wird von den Behörden untätig geduldet, dass der Verteidiger seine anwaltlichen Berufs- und Standespflichten zum Nachteil des Angeschuldigten in schwerwiegender Weise vernachlässigt, kann darin eine Verletzung der von Verfassung und Konvention gewährleisteten Verteidigungsrechte liegen. Als schwere Pflichtverletzung fällt allerdings nur sachlich nicht vertretbares bzw. offensichtlich fehlerhaftes Prozessverhalten des Verteidigers in Betracht (BGE 126 I 194 E. 3d; 120 Ia 48 E. 2c/d; Urteil des Bundesgerichts 6B_100/2010 vom 22. April 2010, in: Pra 2010 Nr. 104 S. 708, E. 2.1, mit Hinweisen).
Die mit der Strafverfolgung betrauten Behörden haben nach Art. 32 Abs. 2 und Art. 31 Abs. 2 BV für die Voraussetzungen eines fairen Strafverfahrens zu sorgen (vgl. nunmehr auch Art. 3 StPO). Die daraus resultierende richterliche Fürsorgepflicht gebietet dem Richter im Falle einer offenkundig ungenügenden Verteidigung, den amtlichen Verteidiger zu ersetzen, und bei einer privaten Verteidigung einzuschreiten sowie nach der Aufklärung des Angeschuldigten über seine Verteidigungsrechte das zur Gewährleistung einer genügenden Verteidigung Erforderliche vorzukehren (BGE 131 I 350 E. 4.1 und E. 4.2; 124 I 185 E. 3a; Urteil 6B_172/2011 vom 23. Dezember 2011 E. 1.3.1).
Die mit der Strafverfolgung betrauten Behörden haben nach Art. 32 Abs. 2 und Art. 31 Abs. 2 BV für die Voraussetzungen eines fairen Strafverfahrens zu sorgen (vgl. nunmehr auch Art. 3 StPO). Die daraus resultierende richterliche Fürsorgepflicht gebietet dem Richter im Falle einer offenkundig ungenügenden Verteidigung, den amtlichen Verteidiger zu ersetzen, und bei einer privaten Verteidigung einzuschreiten sowie nach der Aufklärung des Angeschuldigten über seine Verteidigungsrechte das zur Gewährleistung einer genügenden Verteidigung Erforderliche vorzukehren (BGE 131 I 350 E. 4.1 und E. 4.2; 124 I 185 E. 3a; Urteil 6B_172/2011 vom 23. Dezember 2011 E. 1.3.1).
2.3 2.3.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, sein amtlicher Verteidiger habe es entgegen seinen Instruktionen unterlassen, die Vorakten aus einem Parallelfall (Urteil des Bezirksgerichts Zürich vom 1. Juli 2004) beizuziehen. Die Geschädigte habe im erwähnten Zürcher Fall mit der Anzeige einer angeblichen Vergewaltigung eine erhebliche Genugtuung herausgeholt. Nach bewährtem Muster versuche sie dasselbe bei ihm. Nach mathematischer Wahrscheinlichkeit sei es indes kaum möglich, dass jemand innert einer eher kurzen Zeitspanne von zwei Jahren gleich mehrfach vergewaltigt werde (Beschwerde, S. 5-8; siehe auch S. 20).
2.3.2 Mit seinen Ausführungen zeigt der Beschwerdeführer keine krasse Pflichtverletzung in der amtlichen Verteidigung auf (vgl. zu Beispielen schwerer Pflichtverletzung BGE 126 I 194 E. 3d S. 199 mit Hinweisen). Ob sein damaliger Rechtsvertreter die fraglichen Vorakten beizuziehen gedachte oder nicht, lag in seinem Ermessen. Der Beschwerdeführer zielt mit seiner Kritik letztlich darauf ab, die personenbezogene Glaubwürdigkeit der Geschädigten in Frage zu stellen. Dies ist unbehelflich. Jene sah davon ab, sich als Zivilklägerin zu konstituieren, und machte gegenüber dem Beschwerdeführer keine Schadenersatz- und Genugtuungsansprüche geltend (kantonale Akten, act. 217; vgl. erstinstanzliches Urteil, S. 20). Dass sie gemäss dem Vorbringen des Beschwerdeführers ein weiteres Geschehen als Vergewaltigung zur Anzeige brachte, ist ebenfalls nicht geeignet, ihre Glaubwürdigkeit als solche zu schmälern, zumal entgegen der unzutreffenden Annahme des Beschwerdeführers (Beschwerde, S. 6 f.) davon ausgegangen werden darf, dass im Milieu tätige Prostituierte dem Risiko sexueller Gewalt in erhöhtem Ausmass ausgesetzt sind. Auf die weiteren Versuche des Beschwerdeführers, den Ruf der Geschädigten als glaubwürdige Person u.a. mit Hilfe des Schlussberichts des Eidgenössischen Untersuchungsrichteramts zu untergraben, ist nicht näher einzugehen (Beschwerde, S. 15 f., S. 18 ff.).
2.3.2 Mit seinen Ausführungen zeigt der Beschwerdeführer keine krasse Pflichtverletzung in der amtlichen Verteidigung auf (vgl. zu Beispielen schwerer Pflichtverletzung BGE 126 I 194 E. 3d S. 199 mit Hinweisen). Ob sein damaliger Rechtsvertreter die fraglichen Vorakten beizuziehen gedachte oder nicht, lag in seinem Ermessen. Der Beschwerdeführer zielt mit seiner Kritik letztlich darauf ab, die personenbezogene Glaubwürdigkeit der Geschädigten in Frage zu stellen. Dies ist unbehelflich. Jene sah davon ab, sich als Zivilklägerin zu konstituieren, und machte gegenüber dem Beschwerdeführer keine Schadenersatz- und Genugtuungsansprüche geltend (kantonale Akten, act. 217; vgl. erstinstanzliches Urteil, S. 20). Dass sie gemäss dem Vorbringen des Beschwerdeführers ein weiteres Geschehen als Vergewaltigung zur Anzeige brachte, ist ebenfalls nicht geeignet, ihre Glaubwürdigkeit als solche zu schmälern, zumal entgegen der unzutreffenden Annahme des Beschwerdeführers (Beschwerde, S. 6 f.) davon ausgegangen werden darf, dass im Milieu tätige Prostituierte dem Risiko sexueller Gewalt in erhöhtem Ausmass ausgesetzt sind. Auf die weiteren Versuche des Beschwerdeführers, den Ruf der Geschädigten als glaubwürdige Person u.a. mit Hilfe des Schlussberichts des Eidgenössischen Untersuchungsrichteramts zu untergraben, ist nicht näher einzugehen (Beschwerde, S. 15 f., S. 18 ff.).
2.4 2.4.1 Der Beschwerdeführer beanstandet weiter, sein damaliger Verteidiger habe - über seinen Kopf hinweg - dem Vorschlag der Vorinstanz zugestimmt, das Berufungsverfahren schriftlich durchzuführen. Er sei dadurch seines Anspruchs verlustig gegangen, sich dem Gericht persönlich zu stellen. Der Verzicht auf ein mündliches Verfahren sei mit der objektiven Wahrung seiner Interessen nicht vereinbar, zumal nicht nur Rechtsfragen, sondern in erster Linie Tatfragen streitig gewesen seien. Mit der Anordnung des schriftlichen Verfahrens habe die Vorinstanz ihre richterliche Fürsorgepflicht verletzt und seine in der Berufungserklärung gestellten Beweisanträge ignoriert. Aus der Formulierung in der Berufungserklärung ("soweit nicht gestützt auf die in den Akten enthaltenen Zeugenaussagen ein Freispruch erfolgen kann, sind die beantragten Zeugen nochmals einzuvernehmen") habe er darauf schliessen dürfen, die Vorinstanz werde ihn bei schriftlich durchgeführtem Berufungsverfahren freisprechen (Beschwerde, S. 8-11, S. 27 f.).
2.4.2 Das Berufungsverfahren ist grundsätzlich mündlich. Schriftliche Berufungsverfahren sollen nach der Schweizerischen Strafprozessordnung die Ausnahme bilden. Abgesehen von den Einschränkungen in Art. 406 StPO kommt der Verzicht auf ein mündliches Verfahren grundsätzlich nur in Frage, wenn über die Akten und das erstinstanzliche Urteil hinaus keine weiteren Abklärungen (vor allem das Verschaffen eines persönlichen Eindrucks von der beschuldigten Person) und Beweiserhebungen notwendig sind (Niklaus Schmid, Schweizerische Strafprozessordnung, Praxiskommentar, St. Gallen, 2009, Art. 406 N. 3). Nach Art. 406 Abs. 2 lit. a StPO kann die Verfahrensleitung mit dem Einverständnis der Parteien das schriftliche Verfahren anordnen, wenn die Anwesenheit der beschuldigten Person nicht erforderlich ist.
2.4.3 Der amtliche Verteidiger reichte der Vorinstanz am 24. Oktober 2011 die Berufungserklärung ein. Er stellte mehrere Beweisanträge. Unter anderem erneuerte er seine erstinstanzlichen Anträge, es seien E._ und F._ als Zeugen zu befragen (kantonale Akten, act. S1/DH). Mit Verfügung vom 28. November 2011 befand die Verfahrensleitung, dass die Anwesenheit des Beschwerdeführers im Berufungsverfahren nicht erforderlich sei. Sie fragte die Parteien deshalb an, ob sie mit der Durchführung des schriftlichen Verfahrens an Stelle einer mündlichen Verhandlung einverstanden seien. Mit Eingabe vom 15. Dezember 2011 führte der amtliche Verteidiger aus, er gehe aufgrund der Anfrage davon aus, dass die Vorinstanz nicht vorsehe, die beantragten Zeugen erneut zu befragen. Er müsse daher mit dem Beschwerdeführer Rücksprache nehmen und die Frage zur Form des Berufungsverfahrens eingehend mit ihm besprechen. Am 13. Januar 2012 teilte der amtliche Verteidiger der Vorinstanz namens des Beschwerdeführers mit, mit der schriftlichen Verfahrensdurchführung einverstanden zu sein (kantonale Akten, act. SST.2011.230/DH). Am 8. März 2012 reichte der amtliche Verteidiger die schriftliche Berufungsbegründung ein.
2.4.4 Damit liegt ein ausdrücklicher Verzicht auf eine mündliche Verhandlung im Sinne von Art. 406 Abs. 2 lit. a StPO vor, der in Kenntnis aller wesentlichen Umstände nach Rücksprache mit dem Mandanten in dessen Namen erklärt wurde. Der amtliche Verteidiger ging lege artis vor. Von einer offensichtlichen oder krassen Pflichtverletzung seinerseits kann keine Rede sein. Ebenso wenig ist im vorinstanzlichen Vorschlag, das Verfahren schriftlich durchzuführen, eine Verletzung der richterlichen Fürsorgepflicht zu erblicken. Nachdem die erste Instanz den Sachverhalt anlässlich der mündlichen Verhandlung (mit Befragung des Beschwerdeführers und der Geschädigten sowie von Zeugen) umfassend abgeklärt hatte, durfte die Vorinstanz insbesondere anhand der Berufungserklärung und der Akten davon ausgehen, die Tat- und Rechtsfragen ohne weitere Beweiserhebungen und Abklärungen beurteilen zu können (siehe auch BGE 119 Ia 316 E. 2b und Urteil 6B_362/2012 vom 29. Oktober 2012 im Zusammenhang mit dem - hier nicht gerügten und damit nicht zu prüfenden - grundrechtlichen Anspruch auf eine öffentliche Gerichtsverhandlung). Sie schloss damit nicht aus, den Beschwerdeführer mit allfälligen neuen Beweisen zu hören (vgl. NIKLAUS OBERHOLZER, Grundzüge zum Strafprozess, Bern 2012, S. 576 Rz. 1633). Nicht stichhaltig ist der Vorwurf, die Vorinstanz habe sich mit der Durchführung des schriftlichen Verfahrens über seine Beweisanträge "ignorierend hinweggesetzt" bzw. er habe bei Nichteinvernahme der beantragten Zeugen mit einem Freispruch rechnen dürfen (vgl. nachstehend E. 3).
2.4.4 Damit liegt ein ausdrücklicher Verzicht auf eine mündliche Verhandlung im Sinne von Art. 406 Abs. 2 lit. a StPO vor, der in Kenntnis aller wesentlichen Umstände nach Rücksprache mit dem Mandanten in dessen Namen erklärt wurde. Der amtliche Verteidiger ging lege artis vor. Von einer offensichtlichen oder krassen Pflichtverletzung seinerseits kann keine Rede sein. Ebenso wenig ist im vorinstanzlichen Vorschlag, das Verfahren schriftlich durchzuführen, eine Verletzung der richterlichen Fürsorgepflicht zu erblicken. Nachdem die erste Instanz den Sachverhalt anlässlich der mündlichen Verhandlung (mit Befragung des Beschwerdeführers und der Geschädigten sowie von Zeugen) umfassend abgeklärt hatte, durfte die Vorinstanz insbesondere anhand der Berufungserklärung und der Akten davon ausgehen, die Tat- und Rechtsfragen ohne weitere Beweiserhebungen und Abklärungen beurteilen zu können (siehe auch BGE 119 Ia 316 E. 2b und Urteil 6B_362/2012 vom 29. Oktober 2012 im Zusammenhang mit dem - hier nicht gerügten und damit nicht zu prüfenden - grundrechtlichen Anspruch auf eine öffentliche Gerichtsverhandlung). Sie schloss damit nicht aus, den Beschwerdeführer mit allfälligen neuen Beweisen zu hören (vgl. NIKLAUS OBERHOLZER, Grundzüge zum Strafprozess, Bern 2012, S. 576 Rz. 1633). Nicht stichhaltig ist der Vorwurf, die Vorinstanz habe sich mit der Durchführung des schriftlichen Verfahrens über seine Beweisanträge "ignorierend hinweggesetzt" bzw. er habe bei Nichteinvernahme der beantragten Zeugen mit einem Freispruch rechnen dürfen (vgl. nachstehend E. 3).
2.5 2.5.1 Der Beschwerdeführer rügt, der amtliche Verteidiger habe (nur) auf Freispruch plädiert, zu den Folgen bei einer Verurteilung indes nicht Stellung genommen. Die Vorinstanz habe ihn in Verletzung der richterlichen Fürsorgepflicht dazu nicht aufgefordert (Beschwerde, S. 11-13).
2.5.2 Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts ist grundsätzlich nicht zu beanstanden, wenn sich die Verteidigung, die ihren Hauptantrag auf Freisprechung nicht mit Ausführungen über das Strafmass schwächen will (sog. Verteidigerdilemma), auf Ausführungen zum Schuldpunkt beschränkt und darauf verzichtet, in einem Eventualstandpunkt zur Strafzumessung Stellung zu nehmen. Dies gilt jedenfalls, wenn der Verzicht auf Ausführungen zum Strafpunkt für alle Verfahrensbeteiligten erkennbar auf einer durchdachten und klar umrissenen Verteidigungsstrategie beruht (vgl. Urteile 6B_172/2011 vom 23. Dezember 2011 E. 1.3.2 und 6B_100/2010 vom 22. April 2010, in: Pra 2010 Nr. 104 S. 708, E. 3.1). Von einer offenkundigen und schwerwiegenden Vernachlässigung der Verteidigerpflichten kann in einem solchen Fall nicht die Rede sein. Das hat zur Folge, dass der Richter nicht eingreifen und den Verteidiger nicht zur Stellungnahme zum Strafpunkt anhalten muss. Denn die richterliche Fürsorgepflicht kommt nur dort zum Tragen, wo nicht bloss verteidigungstaktische Fragen zur Diskussion stehen, sondern ein eklatanter Verstoss gegen allgemein anerkannte Verteidigerpflichten vorliegt. Das Einschreiten der Strafverfolgungsbehörden aufgrund ihrer Fürsorgepflicht knüpft an eine Pflichtverletzung des Verteidigers an, woran es bei dieser Konstellation gerade fehlt (vgl. Urteil 6B_172/2011 vom 23. Dezember 2011 E. 1.3.2; a.M. Viktor Lieber, Ungenügende Verteidigung und die Folgen - Streiflichter zur neueren bundesgerichtlichen Rechtsprechung, in forumpoenale 1/2013, S. 51 ff., S. 53 f.).
2.5.3 Der amtliche Verteidiger stellte in der erstinstanzlichen Hauptverhandlung und im Berufungsverfahren Antrag auf Freisprechung des Beschwerdeführers von Schuld und Strafe. Er befasste sich in seinen Rechtsschriften umfassend mit den gegenüber seinem Mandanten erhobenen Anschuldigungen der Vergewaltigung, der Förderung der Prostitution und der Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz und legte seinen Standpunkt einlässlich anhand einer sorgfältigen Auseinandersetzung mit den Akten dar. Zum Strafmass äusserte er sich bewusst nicht (vgl. hierzu kantonale Akten, schriftliche Berufungsbegründung, S. 26 f. Ausführungen unter dem Titel "Strafzumessung"). Bei dieser Sachlage durfte die Vorinstanz (und bereits die erste Instanz) davon ausgehen, der Verzicht des amtlichen Verteidigers auf Ausführungen zur Strafzumessung für den Eventualfall einer Verurteilung beruhe auf einer durchdachten Verteidigungsstrategie, die vom Beschwerdeführer mitgetragen werde. Dessen persönliche Anwesenheit im Berufungsverfahren war daher auch unter diesem Aspekt nicht erforderlich (vgl. vorstehend E. 2.4). Damit liegt weder ein fehlerhaftes Verteidigerverhalten noch ein Verstoss gegen die richterliche Fürsorgepflicht vor. Wer auf ein Recht wirksam verzichtet, kann sich im Nachhinein nicht auf einen Verfahrensmangel berufen mit dem Argument, er hätte trotz seines Verzichts dazu aufgefordert werden müssen, von seinem Recht Gebrauch zu machen (vgl. Urteil 6B_ 172/2011 vom 23. Dezember 2011 E. 1.4).
3. 3.1 Der Beschwerdeführer wendet ein, die Vorinstanz hätte E._, F._ und G._ angesichts der Relevanz ihrer Aussagen für den Verfahrensausgang erneut als Zeugen befragen und sich einen persönlichen Eindruck über sie verschaffen müssen, bevor sie diese Zeugen antizipierend als "nicht neutral" bzw. deren Aussagen als "nicht relevant" einstufte (Beschwerde, S. 13 f., S. 17 f., S. 24 ff.). Die Vorinstanz verletze seine Verteidigungsrechte (Art. 32 Abs. 2 BV), das rechtliche Gehör (Art. 29 Abs. 2 BV) sowie das Willkürverbot (Art. 9 BV) und verstosse gegen das Fairnessgebot (Art. 3 Abs. 2 StPO) und den Untersuchungsgrundsatz (Art. 6 StPO).
3.2 E._ und G._ wurden im kantonalen Verfahren zweimal befragt, das erste Mal durch die Kantonspolizei Aargau bzw. das Bezirksamt Lenzburg, das zweite Mal als Zeugen durch das Bezirksgericht Lenzburg anlässlich der erstinstanzlichen Hauptverhandlung. F._ wurde durch das Bezirksgericht Lenzburg als Zeuge einvernommen (erstinstanzliches Urteil, S. 11-13, S. 19, S. 22).
3.3 Die Vorinstanz verzichtete (mit der Anordnung des schriftlichen Verfahrens aufgrund des ausdrücklichen Einverständnisses der Parteien) auf die nochmalige Befragung von E._, G._ und F._. Sie setzt sich in ihren Urteilserwägungen ausführlich mit deren Aussagen auseinander (vgl. Beschwerde, S. 17, zum unzutreffenden Einwand, die Vorinstanz übergehe den Zeugen G._ bzw. dessen Aussagen "ignorierend") und kommt zum Schluss, diese seien für die Erstellung des engeren Tatgeschehens nicht zielführend und vermöchten den Beschwerdeführer von den Vorwürfen der Vergewaltigung und der Förderung der Prostitution nicht zu entlasten (Entscheid, S. 14-17, S. 18 f.). Das gelte selbst, wenn ihre Schilderungen, insbesondere diejenigen von E._, als wahr unterstellt würden (vgl. Entscheid, S. 15; siehe Beschwerde, S. 22).
3.4 Dass E._, G._ und F._ im Vorverfahren und im erstinstanzlichen Hauptverfahren mangelhaft befragt wurden, macht der Beschwerdeführer vor Bundesgericht nicht geltend. Er bringt auch nicht vor, diese hätten über ihre bereits bei den Akten liegenden Schilderungen hinaus weitere Angaben zu den ihm zur Last gelegten Vorwürfen machen können. Die Vorinstanz würdigt die Aussagen von E._, G._ und F._ nachvollziehbar. Ihre Schlussfolgerungen sind vertretbar. Eine nicht verschlossene Türe und die Tatsache, dass der Beschwerdeführer und die Geschädigte nach den Aussagen des Zeugen E._ vollständig bekleidet waren, als er hinzukam, sprechen in der Tat weder für noch gegen eine Vergewaltigung (siehe Entscheid, S. 15 f.). Der Beschwerdeführer stellt der Beweiswürdigung der Vorinstanz in rein appellatorischer Kritik lediglich seine Sicht der Dinge gegenüber (Beschwerde, S. 23, wonach die Tatsachen der angelehnten Tür und der Bekleidung erhebliche Zweifel an einer Vergewaltigung begründeten). Darauf ist nicht einzutreten. Die Zeugnisse von E._, G._ und F._ sind nach der nicht zu beanstandenden Auffassung der Vorinstanz nicht wesentlich für den Ausgang des Verfahrens. Auf deren persönlichen Eindruck, den sie bei der Vorinstanz bei einer Befragung hinterlassen hätten, kommt es mithin nicht an. Dies gilt umso mehr, als die Vorinstanz aus der Glaubwürdigkeitsbeurteilung von E._ keinerlei Rückschlüsse auf die Glaubhaftigkeit seiner Aussagen zieht. Die Vorinstanz durfte ohne Rechtsverletzung davon absehen, die angerufenen Zeugen im Berufungsverfahren ein weiteres Mal anzuhören (vgl. zum Ganzen insbesondere auch Art. 389 StPO).
3.5 Im Übrigen war der Beschwerdeführer damit einverstanden, das Verfahren schriftlich durchzuführen. Er verzichtete ausdrücklich auf eine mündliche Verhandlung und damit - implizit - auf die in der Berufungserklärung beantragten Zeugeneinvernahmen. Die Anfrage der Verfahrensleitung der Vorinstanz, das Verfahren schriftlich durchzuführen, kann nicht so verstanden werden, dass die Vorinstanz im Sinne der Berufungserklärung ("soweit nicht gestützt auf die in den Akten enthaltenen Zeugenaussagen ein Freispruch erfolgen kann, sind die beantragten Zeugen nochmals einzuvernehmen") bei Durchführung des schriftlichen Verfahrens einen Freispruch des Beschwerdeführers ins Auge fasste. Die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschwerde sind abwegig.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer beanstandet eine Verletzung des rechtlichen Gehörs (Art. 29 Abs. 2 BV). Er habe sich zur Berufungsantwort der Beschwerdegegnerin nicht äussern können (Beschwerde, S. 29 f.).
4.2 Der Anspruch auf rechtliches Gehör gemäss Art. 29 Abs. 2 BV umfasst das Recht, von jeder dem Gericht eingereichten Stellungnahme Kenntnis zu nehmen und sich dazu äussern zu können, unabhängig davon, ob die Stellungnahme neue Tatsachen oder Argumente enthält und ob sie das Gericht tatsächlich zu beeinflussen vermag. Das auf Art. 29 Abs. 2 BV gestützte Replikrecht gilt für alle gerichtlichen Verfahren (BGE 133 I 98 E. 2.1 und E. 2.2 S. 99 f.; 132 I 42 E. 3.3 S. 45 f. mit Hinweisen auf die Rechtsprechung des EGMR).
Nach der neueren bundesgerichtlichen Rechtsprechung besteht dieses Replikrecht unabhängig davon, ob ein zweiter Schriftenwechsel angeordnet, eine Frist zur Stellungnahme angesetzt oder die Eingabe lediglich zur Kenntnisnahme oder zur Orientierung zugestellt worden ist (BGE 132 I 42 E. 3.3.3 und E. 3.3.4 S. 47; 133 I 98 E. 2.2 S. 99). Dabei wird erwartet, dass eine Partei, die eine Eingabe ohne Fristansetzung erhält und dazu Stellung nehmen will, dies umgehend tut oder zumindest beantragt; ansonsten wird angenommen, sie habe auf eine weitere Eingabe verzichtet (BGE 133 I 100 E. 4.8 S. 105 mit Hinweisen; zur Publikation vorgesehenes Urteil 1C_142/2012 vom 18. Dezember 2012 E. 2.2; vgl. auch Urteil 5A_42/2011 vom 21. März 2011 E. 2.2.2 mit Hinweisen, in: Pra 2011 Nr. 92 S. 657).
4.3 Der Beschwerdeführer war im vorinstanzlichen Verfahren anwaltlich vertreten. Sein Rechtsvertreter musste die bundesgerichtliche Rechtsprechung zum Replikrecht kennen und wissen, dass ihm auch bei der blossen Zustellung "zur Kenntnisnahme" ein Replikrecht zustand, das er innert angemessener Frist einzufordern hatte, ansonsten Verzicht angenommen würde.
4.4 Die Vorinstanz stellte dem Beschwerdeführer bzw. seinem Rechtsvertreter die (lediglich) eine Seite umfassende Stellungnahme der Beschwerdegegnerin am 13. Juni 2012 mit dem Vermerk "zur Kenntnisnahme" zu. Das vorinstanzliche Urteil erging am 28. Juni 2012 und wurde am 18. Juli 2012 versandt.
4.5 Von einem Rechtsuchenden kann nicht erwartet werden, dass er innert weniger Tage reagiert, wenn er Unterlagen, die von den Verfahrensbeteiligten eingereicht bzw. zu den Akten genommen werden, ohne Frist zur Stellungnahme lediglich zur Kenntnisnahme erhält (Urteil 2C_794/2008 vom 14. April 2009 E. 3). In der bundesgerichtlichen Rechtsprechung wurden etwa folgende Zeitabläufe, die einer Partei nach Zustellung einer Vernehmlassung für die Replik zur Verfügung standen, bevor der Entscheid gefällt wurde, als unzulässig beurteilt: Zwei Tage (Urteil 1B_25/2010 vom 17. Februar 2010 E. 2.2), vier Tage (Urteil 1B_407/2012 vom 21. September 2012 E. 3), sieben Tage (Urteil 2C_794/2008 vom 14. April 2009 E. 3.5) und acht Tage (Urteil 1P.798/2005 vom 8. Februar 2006 E. 2.3). In einer etwas allgemeineren Formulierung hielt das Bundesgericht fest, dass jedenfalls vor Ablauf von zehn Tagen nicht, hingegen nach 20 Tagen von einem Verzicht auf das Replikrecht ausgegangen werden dürfe (Urteil 6B_629/2010 vom 25. November 2010 E. 3.3.2).
4.6 Der Beschwerdeführer nahm die Stellungnahme der Beschwerdegegnerin am 14. Juni 2012 in Empfang. Ihm standen bis zur Urteilsfällung am 28. Juni 2012 rund zwei Wochen zur Verfügung, um Gegenbemerkungen einzureichen oder zumindest um die Ansetzung einer Frist zur Stellungnahme zu ersuchen. Er tat beides nicht. Unter diesen Umständen durfte die Vorinstanz den Schluss ziehen, der Beschwerdeführer habe auf sein Replikrecht verzichtet, zumal er auch im Zeitraum bis zum Versand des Urteils am 18. Juli 2012 nichts von sich hören liess. Die Rüge der Verletzung des Replikrechts dringt nicht durch.
5. 5.1 Der Beschwerdeführer beanstandet, mit dem angefochtenen Entscheid werde kein neues Urteil gefällt, sondern die Berufung lediglich abgewiesen. Dadurch werde Art. 408 StPO verletzt (Beschwerde, S. 26 f.).
5.2 Tritt das Berufungsgericht auf die Berufung ein, so fällt es gemäss Art. 408 StPO ein neues Urteil, welches das erstinstanzliche Urteil ersetzt.
5.3 Die Vorinstanz weist im Dispositiv des angefochtenen Entscheids die Berufung des Beschwerdeführers ab. Sie bestätigt damit implizit das erstinstanzliche Urteil, welches im Dispositiv die angewendeten Gesetzesbestimmungen bezeichnet, die Anordnung über die Erledigung des Verfahrens in Bezug auf den Vorwurf der Widerhandlung gegen das BetmG wiedergibt sowie den Entscheid über Schuld und Strafe (Vergewaltigung, Förderung der Prostitution) und die Kosten- und Entschädigungsfolgen im Detail regelt (siehe Urteil des Bezirksgerichts Lenzburg vom 28. Juli 2011). Mit der blossen Berufungsabweisung fällt die Vorinstanz materiell ein neues Sachurteil. Das entsprechende Dispositiv ("Die Berufung wird abgewiesen.") entspricht allerdings nicht den formellen Anforderungen von Art. 408 StPO i.V.m. Art. 81 StPO (vgl. auch Urteil 6B_99/2012 vom 14. November 2012 E. 5). Die Kritik des Beschwerdeführers ist insofern gerechtfertigt. Das führt indessen nicht zur Aufhebung des angefochtenen Entscheids und zur Gutheissung der Beschwerde in diesem Punkt, weil weder dargetan noch ersichtlich ist, inwiefern die Verletzung von Art. 408 StPO den Beschwerdeführer beschwert bzw. er dadurch einen Rechtsnachteil erleidet.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung ist wegen Aussichtslosigkeit abzuweisen (Art. 64 Abs. 1 BGG). Bei diesem Verfahrensausgang sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Bei der Festsetzung der Gerichtsgebühr ist seinen finanziellen Verhältnissen Rechnung zu tragen.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Aargau, Strafgericht, 1. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 3. April 2013
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Arquint Hill