Sachverhalt:
A. Z._ und X._ verbrachten den Abend vom 1. Mai 2007 mit zwei Kollegen im Spielkasino in Konstanz/D. Im Verlaufe des Abends lernte Z._ Y._ kennen. Gegen Mitternacht anerbot er sich, sie nach Hause (im Kanton Zug) zu fahren. Sie nahm das Angebot an. Sie verliessen das Kasino um 01.50 Uhr. Im Wagen warteten bereits X._ sowie A._ und B._. Die fünf Personen fuhren über die Schweizer Grenze. Auf einem abgelegenen Parkplatz am Waldrand zwischen C._/TG und D._/TG hielten sie ein erstes Mal an. Ein weiteres Mal stoppten sie auf dem Parkplatz "E._" in der Gemeinde F._. Z._ und X._ wird vorgeworfen, anlässlich dieser Stopps Y._ im Freien gemeinsam zu Geschlechts- und versuchtem Analverkehr mit Z._ und zu gleichzeitigem Oralverkehr mit X._ genötigt und weitere sexuelle Handlungen (Eindringen mit Fingern in die Scheide) gegen ihren Willen an ihr vorgenommen zu haben. Überdies sollen sie Y._ auf dem Rücksitz des Autos während der Fahrt verschiedentlich gemeinsam dazu gezwungen haben, Z._ oral zu befriedigen. Um ca. 03.15 Uhr kamen sie in G._/SG an und liessen Y._ gehen. Sie wurde um ca. 03.40 Uhr auf der Strasse von Anwohnern aufgegriffen.
B. Das Kantonsgericht St. Gallen sprach Z._ und X._ am 4. April 2012 zweitinstanzlich der gemeinsam begangenen, mehrfachen Vergewaltigung und der gemeinsam begangenen, mehrfachen sexuellen Nötigung schuldig. Es verurteilte Z._ zu einer Freiheitsstrafe von sechs Jahren und X._ zu einer solchen von vier Jahren. Zudem verpflichtete es Z._ und X._ unter solidarischer Haftbarkeit, Y._ eine Genugtuung von Fr. 25'000.-- zu bezahlen. Im Übrigen bestätigte das Kantonsgericht den Entscheid des Kreisgerichts St. Gallen vom 18. und 23. November 2010 (Freisprüche von den Vorwürfen der Freiheitsberaubung und Entführung; Widerruf einer hinsichtlich Z._ am 6. Juli 2005 bedingt ausgesprochenen Freiheitsstrafe von 2 Monaten; Verfahrenskosten; Entschädigung).
C. Gegen das kantonsgerichtliche Urteil erheben Z._ (6B_401/2012) und X._ (6B_396/2012) Beschwerde in Strafsachen. Z._ beantragt, es sei der angefochtene Entscheid aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.
Erwägungen:
1. Am 1. Januar 2011 trat die Schweizerische Strafprozessordnung (StPO; SR 312.0) in Kraft. Der erstinstanzliche Entscheid des Kreisgerichts St. Gallen erging am 18. und 23. November 2010. Das kantonale Verfahren richtet sich gemäss Art. 453 Abs. 1 und Art. 454 Abs. 2 StPO weiterhin nach dem Strafprozessgesetz des Kantons St. Gallen vom 1. Juli 1999 (StG/SG).
2. Der Beschwerdeführer beanstandet die vorinstanzliche Beweiswürdigung. Er bestreitet nicht, dass es anlässlich der Autofahrt zwischen Konstanz und G._ zu Geschlechts- und Oralverkehr mit der Beschwerdegegnerin 2 kam. Er sei jedoch davon ausgegangen und habe stets zu Protokoll gegeben, dass die eingeklagten sexuellen Handlungen einvernehmlich erfolgten. Im gleichen Sinne hätten sich X._ sowie A._ und B._ geäussert. Zu unterstellen, er - der Beschwerdeführer - habe nicht vom Einverständnis der Beschwerdegegnerin 2 ausgehen können, verletze den Grundsatz "in dubio pro reo", habe sie doch davon gesprochen, mit ihm ein Hotelzimmer aufsuchen zu wollen (Beschwerde, S. 12 f.).
2.1 Die Vorinstanz erachtet den Anklagesachverhalt als erstellt. Sie stützt sich auf die Aussagen der Beschwerdegegnerin 2 (Entscheid, S. 10-15). Ihre detailreichen, konstanten und in sich stimmigen Schilderungen seien realitätsbegründet. Es bestünde kein Motiv für eine Falschbeschuldigung. Für die Glaubhaftigkeit ihrer Aussagen sprächen zusätzlich die Gefühlsäusserungen, der schlechte Zustand, in welchem sie nach den Ereignissen aufgefunden worden sei ("weinend", "verängstigt", "aufgelöst"), und der Umstand, dass sie den mutmasslichen Tatablauf bereits am gleichen Morgen ausführlich der Polizei geschildert habe (Entscheid, S. 10). Die Aussagen des Beschwerdeführers hält die Vorinstanz hingegen wie diejenigen von X._ für nicht glaubhaft (Entscheid, S. 15-19, S. 19-21, S. 22). Sie seien in Bezug auf das Kerngeschehen rudimentär und undifferenziert. Auch wenn einzelne Aussagen des Beschwerdeführers (wonach die Beschwerdegegnerin 2 "Spass an der Sache" gehabt, "alles freiwillig" gemacht und während des "ganzen Sex" "immer wieder" gestöhnt habe) von A._ und B._ bestätigt würden (etwa insofern, als die Beschwerdegegnerin 2 vor Lust gestöhnt und gesagt habe, sie sei schon zweimal gekommen), wirkten sie übertrieben und stereotyp. Überdies spreche gegen die Sachdarstellung der Beschuldigten, dass die Beschwerdegegnerin 2 das Fahrzeug in G._ übereilt verlassen, ihre Schuhe im Auto zurückgelassen habe und in aufgelöstem Zustand vorgefunden worden sei (Entscheid, insbesondere S. 16, S. 19 und S. 21 f.).
2.2 Die Feststellung des Sachverhalts durch die Vorinstanz kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig, d.h. willkürlich im Sinne von Art. 9 BV ist (BGE 137 III 226 E. 4.2 mit Hinweisen; zum Begriff der Willkür BGE 138 I 49 E. 7.1; 136 III 552 E. 4; je mit Hinweisen) oder wenn sie auf einer Verletzung von schweizerischem Recht im Sinne von Art. 95 BGG beruht (Art. 97 Abs. 1 BGG). Dem Grundsatz "in dubio pro reo" kommt in seiner Funktion als Beweiswürdigungsregel im Verfahren vor dem Bundesgericht keine über das Willkürverbot von Art. 9 BV hinausgehende Bedeutung zu (BGE 127 I 38 E. 2a; 124 IV 86 E. 2a; je mit Hinweisen; Urteil 6B_217/2012 vom 20. Juli 2012 E. 2.2.1).
2.3 Was der Beschwerdeführer vorbringt, vermag die Beweiswürdigung nicht in Frage zu stellen. Die Vorinstanz schenkt nicht einfach der Darstellung der Beschwerdegegnerin 2 mehr Glauben als jener aller Beteiligten. Sie legt eingehend anhand zahlreicher Umstände dar, weshalb sie die Aussagen der Beschwerdegegnerin 2 für glaubhaft, diejenigen des Beschwerdeführers für nicht glaubhaft hält. Aufgrund einer einlässlichen Prüfung des Tatgeschehens kommt sie zur Überzeugung, dass der Beschwerdeführer um das fehlende Einverständnis der Beschwerdegegnerin 2 wusste bzw. zumindest wissen musste. Wohl äusserte sich die Beschwerdegegnerin 2 dahingehend, ein Hotelzimmer mit dem Beschwerdeführer aufsuchen zu wollen. Nach ihren eigenen, nachvollziehbaren Angaben versuchte sie dadurch, die Beschuldigten zu beschwichtigen und möglichst schnell in bewohntes Gebiet zu gelangen. Die Vorinstanz führt aus, es sei nicht ganz klar, wie diese Aussage in das zeitliche Geschehen einzuordnen sei, ob die Beschwerdegegnerin 2 sie vor oder nach dem 1. Stopp getätigt habe. Der Beschwerdeführer hätte diese Bemerkung aber jedenfalls höchstens als Zustimmung zu sexuellen Handlungen unter den von der Beschwerdegegnerin 2 genannten Bedingungen verstehen dürfen. Dass jene stattdessen auch zu Geschlechtsverkehr im Freien auf einem Parkplatz bei gleichzeitiger oraler Befriedigung eines Dritten bereit sein würde, hätte er daraus nicht ableiten können (Entscheid, S. 22). Inwiefern diese Würdigung der Vorinstanz schlechterdings nicht haltbar sein sollte, ist weder dargetan noch ersichtlich. Der Beschwerdeführer beschränkt sich darauf, seine Sicht der Dinge darzulegen und diese rein appellatorisch der Beweiswürdigung der Vorinstanz gegenüberzustellen. Darauf ist nicht einzutreten. Im Übrigen gab die Beschwerdegegnerin 2 gemäss ihren willkürfrei als glaubhaft beurteilten Aussagen hinreichend deutlich zu erkennen, dass sie die eingeklagten sexuellen Handlungen nicht wollte, ansonsten sie hierfür nicht aus dem Auto gezerrt, ihr Kopf nicht nach unten gedrückt und sie bei den Übergriffen nicht fest- und von Fluchtversuchen abgehalten hätte werden müssen. Dass die Vorinstanz selektiv auf einzelne belastende Aussagen der von ihr grundsätzlich als nicht glaubhaft beurteilten Schilderung des Mitbeschuldigten X._ abstellt, namentlich soweit diese mit der Darstellung der Beschwerdegegnerin 2 korrespondieren (etwa wonach der Beschwerdeführer ihren Kopf im Auto nach unten drücken musste, damit sie ihn, Z._, oral befriedige), ist weder widersprüchlich noch willkürlich (Entscheid, S. 22 mit Hinweis auf kantonale Akten, act. E. 2/2 S. 6; Beschwerde, S. 14).
3. Der Beschwerdeführer sieht das rechtliche Gehör und seine Verteidigerrechte verletzt, weil die Vorinstanz seine Beweisanträge abwies (Entscheid, S. 9, S. 26 f.).
3.1 Zum Anspruch auf rechtliches Gehör zählt das Recht auf Abnahme rechtzeitig und formrichtig angebotener rechtserheblicher Beweismittel. Diese Verfassungsgarantie steht einer Ablehnung nicht rechtserheblicher Beweismittel in vorweggenommener Beweiswürdigung nicht entgegen (BGE 134 I 140 E. 5.3).
3.2 Nach der Praxis des Bundesgerichtes ist die Prüfung der Glaubhaftigkeit von Aussagen primär Sache der Gerichte (BGE 129 I 49 E. 4 S. 57). Auf Glaubhaftigkeitsbegutachtungen ist nur bei besonderen Umständen zurückzugreifen. Solche sind hier nicht erkennbar. Insbesondere ist nicht ersichtlich, dass z.B. der Entwicklungsstand, die geistige Verfassung oder die Qualität der Aussagen der Beschwerdegegnerin 2 Besonderheiten aufweisen würden. Die Vorinstanz durfte auf eine Sachverständigenbegutachtung ohne Verfassungsverletzung verzichten. Sie hatte auch keinen Anlass, das soziale Umfeld der Beschwerdegegnerin 2 und ihren persönlichen Hintergrund abzuklären.
Inwiefern diesbezügliche Erkenntnisse die Beurteilung der Glaubhaftigkeit und Qualität ihrer Aussagen in Bezug auf die konkreten Vorwürfe der Vergewaltigung und sexuellen Nötigung zu beeinflussen vermöchten, ist nicht ersichtlich. Dies gilt umso mehr, als es dem Beschwerdeführer mit seinem Antrag offensichtlich einzig darum geht, den Ruf der Beschwerdegegnerin 2 als glaubwürdige Person zu untergraben (vgl. Beschwerde, S. 14, wonach im Dunkeln geblieben sei, ob diese der Prostitution nachgehe und wie es dazu komme, dass sie trotz zu Hause wartender schulpflichtiger Kinder bis weit in die Nacht im Kasino verweile). Er verkennt, dass die Glaubhaftigkeit der konkreten Aussagen für die Wahrheitsfindung weit bedeutender ist als die allgemeine Glaubwürdigkeit einer Person (vgl. BGE 133 I 33 E. 4.3 S. 45 mit Hinweisen).
Ebenfalls unmassgeblich ist, ob die Beschwerdegegnerin 2 nach der Tat versuchte, den Beschwerdeführer telefonisch zu erreichen. Selbst wenn sie dies - was keineswegs feststeht - bewusst zu Unrecht abgestritten hätte, könnte aus einer solchen für das Verfahren letztlich unerheblichen Lüge nicht geschlossen werden, die Beschwerdegegnerin 2 sei generell unglaubwürdig (vgl. aber Beschwerde, S. 13). Die Auswertung der Telefonkontakte hätte nichts zur Klärung des rechtserheblichen Sachverhalts beigetragen. Der Verzicht, die Daten auszuwerten, ist verfassungsrechtlich nicht zu beanstanden.
3.3 Die Vorinstanz durfte von einer nochmaligen Befragung bzw. einer erneuten Konfrontation des Beschwerdeführers mit X._ und den erstinstanzlich freigesprochenen A._ und B._ absehen. Der Beschwerdeführer und seine drei Kollegen wurden anlässlich der Hauptverhandlung vor erster Instanz angehört und befragt. Sowohl ihnen als auch den anwesenden Verteidigern wurde jeweils explizit die Gelegenheit gegeben, (Ergänzungs-)Fragen zu stellen (Entscheid, S. 26; kantonale Akten, act. B/47, Verhandlungsprotokoll vom 30. März 2012, S. 3; siehe auch act. B/65, Verhandlungsprotokoll vom 18. November 2010). Dem Konfrontationsanspruch des Beschwerdeführers wurde damit hinreichend Rechnung getragen (BGE 133 I 33 E. 3.1 S. 41; 131 I 76 E. 2.2 S. 480). Dass er sein Fragerecht im Verfahren vor erster Instanz generell nicht ausüben konnte, macht der Beschwerdeführer vor Bundesgericht nicht geltend. Er bringt auch nicht vor, er habe einzelne Fragen stellen wollen, die nicht zugelassen wurden. Ebenso wenig beruft er sich darauf, eine nochmalige Befragung vor Vorinstanz wäre aufgrund neuer relevanter Tatsachen unerlässlich gewesen. Er legt mithin nicht dar, weshalb es zur effektiven Wahrnehmung seiner Verteidigungsrechte notwendig gewesen wäre, dass ihm vor der Vorinstanz erneut die Möglichkeit zur Befragung von X._ und der erstinstanzlich Freigesprochenen hätte eingeräumt werden müssen. Allein die Umstände, dass Letztere nach Abschluss ihrer Strafverfahren als Zeugen hätten befragt werden können (Beschwerde, S. 13) und X._ aus seiner Sicht zu Unrecht vom persönlichen Erscheinen vor Vorinstanz dispensiert wurde (Beschwerde, S. 4 f.), genügen offensichtlich nicht, um einen entsprechenden Anspruch aus der Bundesverfassung oder der Konvention abzuleiten.
3.4 Verfassungskonform ist auch die Abweisung des Antrags auf erneute Einvernahme des damaligen Barkeepers des Kasinos, H._, welcher am 14. Mai 2007 polizeilich und am 10. Juli 2008 rechtshilfeweise vom Amtsgericht Mannheim befragt wurde (vgl. kantonale Akten, act. D/8 und D/12). Die Vorinstanz weist ohne Willkür darauf hin, dass dieser nichts zum Geschehen aussagen könnte. Dass er allenfalls von einer Absprache "Sex gegen Geld" zu berichten vermöchte (Beschwerde, S. 14), ist nicht geeignet, den rechtserheblichen Sachverhalt zu klären. Im Übrigen sind selbst die Aussagen des Beschwerdeführers zur Frage, ob ein entgeltliches Geschäft mit der Beschwerdegegnerin 2 vereinbart wurde, widersprüchlich und nach der willkürfreien Würdigung der Vorinstanz nicht glaubhaft (vgl. Entscheid, S. 19).
4. Der Beschwerdeführer macht hinsichtlich der Strafzumessung eine Verletzung der Begründungspflicht geltend. Aus den Erwägungen der Vorinstanz ergebe sich nicht, dass und weshalb sie die Strafe gegenüber der ersten Instanz um ein Jahr erhöht habe (Beschwerde, S. 15). Die Rüge ist nicht stichhaltig. Die Vorinstanz begründet die Straferhöhung nachvollziehbar mit dem (beträchtlichen) Ausmass des Verschuldens des Beschwerdeführers, dem die erste Instanz nicht hinreichend Rechnung getragen habe. Sie weist darauf hin, dass der Beschwerdeführer der Initiant der Geschehnisse war, er der Beschwerdegegnerin 2 eine Mitfahrgelegenheit angeboten hatte und sie in der Folge zu ungeschütztem Geschlechts- sowie zu Oralverkehr nötigte, die sexuellen Übergriffe verhältnismässig lange dauerten, und er diese nicht aus Eigeninitiative abbrach (vgl. Entscheid, S. 28 f.).
5. Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung des Beschleunigungsgebots. Die ihm vorgeworfenen Taten gingen auf den 1./2. Mai 2007 zurück. Das vorinstanzliche Urteil datiere vom 4. April 2012. Alleine die Untersuchungsdauer bis zur Anklage am 31. Dezember 2009 sei zu lange, zumal "keine Umfeldabklärungen" und "nur rudimentäre Untersuchungshandlungen" durchgeführt worden seien (Beschwerde, S. 15).
5.1 Das in Art. 29 Abs. 1 BV und Art. 6 Ziff. 1 EMRK festgeschriebene Beschleunigungsgebot verpflichtet die Behörden, das Strafverfahren voranzutreiben, um den Beschuldigten nicht unnötig über die gegen ihn erhobenen Vorwürfe im Ungewissen zu lassen (BGE 133 IV 158 E. 8; 130 IV 54 E. 3.3.1; 124 I 139 E. 2a; je mit Hinweisen). Entscheidend für die Beurteilung der Angemessenheit der Verfahrensdauer ist eine Gesamtbetrachtung des konkreten Einzelfalls (BGE 130 IV 54 E. 3.3.3; 124 I 139 E. 2c).
Von den Behörden und Gerichten kann nicht verlangt werden, dass sie sich ständig einem einzigen Fall widmen. Zeiten, in denen das Verfahren stillsteht, sind unumgänglich. Wirkt keiner dieser Zeitabschnitte stossend, ist eine Gesamtbetrachtung vorzunehmen. Dabei können Zeiten mit intensiver behördlicher oder gerichtlicher Tätigkeit andere Zeitspannen kompensieren, in denen aufgrund der Geschäftslast keine Verfahrenshandlungen erfolgten (BGE 130 IV 54 E. 3.3.3; 124 I 139 E. 2c).
5.2 Das Untersuchungsverfahren dauerte von der Tatbegehung am 1./2. Mai 2007 bis zur Anklageerhebung am 31. Dezember 2009 rund 2 2/3 Jahre. Das gesamte Verfahren bis zur Ausfällung des vorinstanzlichen Urteils am 4. April 2007 nahm etwas weniger als fünf Jahre in Anspruch. Die Untersuchungsdauer ist für sich betrachtet wohl relativ lang. Sie ist jedoch noch nicht als überlang einzustufen, wenn man berücksichtigt, dass es um sehr schwere Tatvorwürfe geht, vier Angeklagte involviert waren, mehrere Auskunftspersonen/Zeugen einvernommen, ein Rechtshilfeersuchen (Deutschland) gestellt, ein rechtsmedizinisches Gutachten eingeholt sowie weitere Abklärungen (Blutalkoholbestimmungen etc.) getätigt wurden. Die Untersuchungshandlungen erfolgten vor allem zu Beginn des Verfahrens konzentriert und in rascher Abfolge. Die Untersuchungshaft der Beschuldigten konnte auf ein Minimum von 18 Tagen beschränkt werden. Das Verfahren stand zudem nie still. Ungebührlich lange Zeiten, in welchen die Untersuchungsbehörde grundlos untätig blieb, sind nicht ersichtlich (vgl. Aktenverzeichnis St.2007.12728). Überdies steht die Untersuchungsdauer nicht in einem offensichtlichen Missverhältnis zur Gesamtverfahrensdauer, welche ihrerseits ebenfalls nicht zu bestanden ist. Die Beschwerde erweist sich als unbegründet. Offenbleiben kann, ob sie diesbezüglich den Rügeanforderungen von Art. 106 Abs. 2 BGG genügt, da der Beschwerdeführer nicht aufzeigt, weshalb die Untersuchungsdauer bzw. die Gesamtverfahrensdauer unter Berücksichtigung der Behandlung des Falls durch die Behörden und des konkreten Verfahrensgangs nicht mehr angemessen erscheinen sollte.
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 und 2 BGG). Den finanziellen Verhältnissen des Beschwerdeführers ist bei der Festsetzung der Gerichtsgebühr 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 Kantonsgericht St. Gallen, Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 29. Januar 2013
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Arquint Hill