Sachverhalt:
A. A.a X._ (geb. 1946) und Z._ (geb. 1953) heirateten am 1982 in A._. Sie sind die gemeinsamen Eltern der Kinder S._ (geb. 1983) und T._ (geb. 1991). Die Parteien lebten ab September 1999 getrennt, was am 12. Mai 2000 eheschutzrichterlich vorgemerkt wurde.
A.b Mit Urteil des Bezirksgerichts Zürich vom 28. März 2011 wurde die Ehe auf gemeinsames Begehren der Parteien geschieden. Das Bezirksgericht genehmigte Ziff. 6 der Teilkonvention der Parteien betreffend die während der Ehe geäufneten Austrittsguthaben aus beruflicher Vorsorge (2). Ferner wies es die Stiftung U._, bzw. die Stiftung V._, die Vorsorgeeinrichtungen von X._, an, Fr. 150'288.-- bzw. Fr. 72'013.55.-- auf ein Freizügigkeitskonto von Z._ zu überweisen (3 und 4). Mit Bezug auf die hier noch strittigen Punkte wies das Bezirksgericht X._ an, Z._ eine güterrechtliche Ausgleichszahlung von Fr. 305'046.-- zu leisten (5). Ferner verpflichtete es ihn, an den Unterhalt von Z._ bis zu deren Eintritt ins ordentliche Pensionsalter monatliche Unterhaltsbeiträge von Fr. 3'850.-- zu bezahlen (6). Des Weiteren auferlegte es die Kosten zu einem Drittel Z._ und zu zwei Dritteln X._ (8) und verpflichtete X._ Z._ eine reduzierte Prozessentschädigung von Fr. 9'000.-- zu leisten (9).
B. Am 28. Mai 2011 erhob X._ beim Obergericht des Kantons Zürich Berufung gegen das erstinstanzliche Urteil und beantragte, die in Ziff. 5 bestimmte güterrechtliche Ausgleichszahlung auf Fr. 162'815.-- herabzusetzen und den in Ziffer 6 des erstinstanzlichen Urteils festgesetzten persönlichen Unterhaltsbeitrag zugunsten von Z._ aufzuheben. Dementsprechend seien die erstinstanzlichen Kosten (8) hälftig aufzuteilen und Z._ in Abänderung von Ziff. 9 des erstinstanzlichen Urteils keine Parteientschädigung zuzusprechen. Z._ erhob ihrerseits Anschlussberufung für den Fall, dass die güterrechtliche Ausgleichszahlung in Gutheissung der Berufung herabgesetzt wird. Mit Beschluss vom 2. August 2011 nahm die angerufene Instanz davon Vormerk, dass die Ziffern 2, 3 und 4 des erstinstanzlichen Urteils in Rechtskraft erwachsen seien. Gleiches tat sie mit Bezug auf den Scheidungspunkt (Ziff. 1; Rechtskrafteintritt am 10. Oktober 2011) mit Beschluss vom 9. August 2012, wobei sie das erstinstanzliche Urteil dahingehend präzisierte, dass die Ehe der Parteien gestützt auf <ref-law> geschieden worden sei. Ferner trat es auf die von Z._ gegen das erstinstanzliche Urteil erhobene eventuelle Anschlussberufung nicht ein. Mit Urteil vom gleichen Tag wies das Obergericht überdies die Berufung von X._ ab und bestätigte das erstinstanzliche Kostendispositiv (7-9).
C. X._ hat am 24. September 2012 gegen den obergerichtlichen Beschluss vom 9. August 2012 und das Urteil vom 9. August 2012 Beschwerde in Zivilsachen erhoben. Mit Bezug auf das angefochtene Urteil stellt er im Wesentlichen die gleichen Anträge wie vor Obergericht. Bezüglich des Beschlusses vom 9. August 2012 beantragt er, die Anschlussberufung von Z._ (Beschwerdegegnerin) unter Kosten- und Entschädigungsfolge abzuweisen. Der Begründung seines Rechtsmittels lässt sich entnehmen, dass er sich überdies gegen den Beschluss vom 2. August 2012 richtet, mit dem das Obergericht die Rechtskraft der Dispositiv-Ziffern 2, 3 und 4 des erstinstanzlichen Urteils festgestellt hat.
Allgemein verlangt er, die von ihm beantragten Beweise seien abzunehmen. Die rechtswidrig nicht hälftig geteilte Pensionskasse sei hälftig zu teilen. Ferner beantragt er den Ausstand der Bezirksrichterin W._, falls diese mit Rechtsanwalt W._ in irgendeiner Verbindung steht. Zusätzlich begehrt er den Ausstand von Oberrichterin Y._, da ihm diese das rechtliche Gehör verweigert habe und daher befangen sei.
D. Mit Präsidialverfügung vom 22. Oktober 2012 wurde dem Gesuch des Beschwerdeführers um aufschiebende Wirkung, zu dem sich weder die Gegenpartei noch das Obergericht vernehmen liessen, mit Bezug auf den Vorsorgeausgleich, die güterrechtliche Ausgleichszahlung und die Unterhaltsbeiträge entsprochen und der Beschwerde insoweit aufschiebende Wirkung zuerkannt.
E. In der Sache sind keine Vernehmlassungen eingeholt worden.
F. Am 14. Oktober 2012 ersuchte der Beschwerdeführer um unentgeltliche Rechtspflege. Er hat aber den von ihm verlangten Kostenvorschuss bezahlt.

Erwägungen:
1. Angefochten sind ein letztinstanzliches Urteil und ein Beschluss (je vom 9. August 2012), einer oberen kantonalen Instanz (Art. 75 Abs. 1 und 2 und <ref-law>) betreffend vermögensrechtliche Nebenfolgen der Ehescheidung. Mitangefochten ist im Ergebnis auch der Beschluss des Obergerichts vom 2. August 2012. Es liegt damit eine Zivilsache im Sinn von <ref-law> vermögensrechtlicher Natur vor, deren Streitwert den Betrag von Fr. 30'000.-- bei Weitem übersteigt (<ref-law>). Der Beschwerdeführer war Partei im kantonalen Verfahren (<ref-law>). Seinen Anträgen wurde nicht entsprochen, sodass er über ein schützenswertes Interesse an der Aufhebung bzw. Änderung des vorgenannten Beschlusses bzw. des Urteils verfügt (<ref-law>). Die fristgerecht (<ref-law>) eingereichte Beschwerde ist grundsätzlich zulässig.
2. Das erstinstanzliche Verfahren ist noch vor Inkrafttreten der Schweizerischen Zivilprozessordnung (ZPO; SR 272) angehoben worden, sodass auf dieses das alte Recht, insbesondere die Zivilprozessordnung des Kantons Zürich anwendbar war (<ref-law>). Das erstinstanzliche Urteil ist am 28. März 2011 ergangen und somit unter der Herrschaft des neuen Rechts eröffnet worden. Für das Rechtsmittelverfahren vor Obergericht galt daher die neue ZPO (<ref-law>).
3. 3.1 Der Beschwerdeführer macht gegen den Beschluss vom 2. August 2012 und jenen vom 9. August 2012 im Wesentlichen geltend, die Vorinstanzen hätten verschiedene von ihm angebotene Beweise nicht abgenommen, ihn zu Beweisaussagen und zur Führung des Gegenbeweises nicht zugelassen, die Edition behördlicher Akten verweigert, unwahre Angaben der Beschwerdegegnerin nicht überprüft; insgesamt hätten sie ihm ein unabhängiges und unbefangenes Gericht verweigert und damit Art. 7, 8, 9 und 10 BV aber auch 6 resp. 4 und 14 EMRK verletzt. Allein aufgrund dieser Grundrechtsverletzungen seien die Urteile bzw. die Beschlüsse der Vorinstanzen in Anwendung der "Star-Praxis" aufzuheben.
3.1.1 Nach den Feststellungen des Obergerichts ist bereits mit Beschluss vom 2. August 2012 festgestellt worden, dass die Ziffern 2 (betreffend Genehmigung von Ziff. 6 der Teilkonvention über den Ausgleich der während der Ehe geäufneten Austrittsguthaben des Beschwerdeführers), 3 (Anweisung an die Stiftung U._ betreffend Überweisung eines Betrages auf ein von der Beschwerdegegnerin zu bezeichnendes Freizügigkeitskonto), 4 (Anweisung an die Stiftung V._ betreffend Überweisung eines Betrages auf ein von der Beschwerdegegnerin zu bezeichnendes Freizügigkeitskonto) des erstinstanzlichen Urteils in Rechtskraft erwachsen sind. Mit Beschluss vom 9. August 2012 ist zudem festgestellt worden, dass auch die Ziff. 1 (Scheidungspunkt) per 10. Oktober 2012 in Rechtskraft erwachsen ist.
3.1.2 Fehlt einer Partei die Legitimation in der Sache, kann von ihr in jedem Fall die Verletzung von Parteirechten gerügt werden, deren Missachtung auf eine formelle Rechtsverweigerung hinausläuft (so genannte "Star-Praxis" <ref-ruling> E. 3c S. 312 f.). So kann etwa eine Gehörsverweigerung bzw. eine formelle Rechtsverweigerung geltend gemacht werden, wenn der angefochtene Entscheid keine Begründung enthält. Auch die von der Europäischen Menschenrechtskonvention gewährleisteten Verfahrensgarantien (wie Art. 6 EMRK) können als verletzt gerügt werden, soweit sie in den Sachgebieten, für welche das ordentliche Rechtsmittel wegen Fehlens von Rechtsansprüchen ausgeschlossen ist, Anwendung finden (<ref-ruling> E. 6.2 S. 198 f.). Soweit das erstinstanzliche Urteil mit Bezug auf die Nebenfolgen nicht in Rechtskraft erwachsen ist, hat der Beschwerdeführer diese noch nicht rechtskräftigen Punkte mit Berufung beim Obergericht anfechten und den entsprechenden Entscheid des Obergerichts schliesslich mit Beschwerde in Zivilsachen an das Bundesgericht ziehen können (<ref-law>). Für die Anwendung der Star-Praxis besteht kein Raum.
Mit der gleichen Begründung ist dem Beschwerdeführer zu begegnen, soweit es ihm mit seiner Rüge darum geht, dass das Bundesgericht auch das erstinstanzliche Urteil in den in Rechtskraft erwachsenen Punkten auf eine Verletzung von Parteirechten überprüft.
3.2 Auf die Beschwerde ist nicht einzutreten, soweit der Beschwerdeführer damit die im Beschluss vom 9. August 2012 behandelte Abweisung der Anschlussberufung beantragt. Die Beschwerdegegnerin hat ihre Anschlussberufung betreffend ihren persönlichen Unterhaltsbeitrag für den Fall erhoben, dass der Beschwerdeführer mit seinem Antrag auf Neuberechnung der güterrechtlichen Ausgleichszahlung obsiegen sollte. Da der Beschwerdeführer mit seiner Berufung nicht obsiegte, trat die Vorinstanz auf die Anschlussberufung nicht ein. Die Beschwerdegegnerin hat den sie betreffenden Entscheid nicht angefochten. Der Beschwerdeführer verfügt daher über kein schützenswertes Interesse an der Anfechtung des obergerichtlichen Beschlusses mit Bezug auf das Los der Anschlussberufung.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer verlangt den Ausstand der erstinstanzlichen Richterin, falls diese mit Rechtsanwalt W._ in Verbindung steht. Desgleichen begehrt er den Ausstand von Oberrichterin Y._, da diese angeblich verlangte Beweise nicht abgenommen habe.
4.2 Einem allgemeinen Grundsatz zufolge sind Ausstandsgründe nach Treu und Glauben ohne Verzug geltend zu machen, sobald der Ausstandsgrund bekannt ist; andernfalls gilt der Anspruch auf Ablehnung als verwirkt (betreffend Gerichtspersonen: <ref-ruling> E. 2c/aa S. 24; <ref-ruling> E. 2 S. 123; <ref-ruling> E. 4.3.1 S. 21). Soweit der Ausstand von Bezirksrichterin W._ verlangt wird, hätte der Beschwerdeführer diesen bereits im Verfahren vor erster Instanz beantragen können und müssen. Zudem weist er persönlich nicht nach, dass die Bezirksrichterin mit dem gleichnamigen Rechtsanwalt in Verbindung steht. Den Ausstand von Oberrichterin Y._, bezieht der Beschwerdeführer auf ein Verfahren vor dem Kassationsgericht des Kantons Zürich (Kass._Nr. AA04001). Damit hätte der Beschwerdeführer den Ausstand der Richterin im Verfahren Kass_Nr. AA040011 beantragen können und es bestand die Pflicht, dies in jenem Verfahren zu tun. Schliesslich ist nicht ersichtlich, dass der Beschwerdeführer im kantonalen Berufungsverfahren gegen das Scheidungsurteil den Ausstand von Richterin Y._ verlangt hat und Entsprechendes wird auch nicht substanziiert behauptet. Auf die Ausstandsbegehren ist insgesamt nicht einzutreten.
5. Soweit der Beschwerdeführer vor Bundesgericht Beweisanträge stellt, ist darauf nicht einzutreten: Das Bundesgericht nimmt nicht selbst Beweise ab, um den Sachverhalt festzustellen oder den vorinstanzlich festgestellten Sachverhalt zu ergänzen (vgl. <ref-ruling> E. 3.4.2; Urteil 5A_339/2009 vom 29. September 2009 E. 2.4).
6. Die Beschwerde ist zu begründen (<ref-law>). Mit ihr ist in gedrängter Form durch Auseinandersetzung mit den Erwägungen des angefochtenen Entscheids darzulegen, welche Vorschriften und warum sie vom Obergericht verletzt worden sein sollen. Eine qualifizierte Rügepflicht gilt hinsichtlich der Verletzung von Grundrechten und von kantonalem und interkantonalem Recht. Das Bundesgericht prüft eine solche Rüge nur insofern, als sie in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1 S. 53 133 II 249 E. 1.4.2 S. 254). Wer eine Sachverhaltsfeststellung beanstandet, muss in der Beschwerdeschrift darlegen, inwiefern diese Feststellung willkürlich oder durch eine andere Rechtsverletzung im Sinn von <ref-law> (z.B. <ref-law> oder <ref-law>) zustande gekommen ist (vgl. <ref-ruling> E. 1.2.2 und 1.4.3 S. 255) und inwiefern die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 in fine BGG; <ref-ruling> E. 2.2.2 S. 22). Auf rein appellatorische Kritik am Sachverhalt tritt das Bundesgericht nicht ein. In der Beschwerde in Zivilsachen dürfen überdies keine neuen Tatsachen und Beweismittel vorgebracht werden, es sei denn, erst der Entscheid der Vorinstanz habe dazu Anlass gegeben (<ref-law>). In der Beschwerde ist darzutun, inwiefern die Voraussetzung für eine nachträgliche Einreichung von Tatsachen und Beweismitteln erfüllt sein soll (<ref-ruling> E. 3 S. 395).
Die Beschwerde vermag über weite Strecken (insbesondere was die Ausführungen in den Seiten 4-22 II Materielles: Sachverhalt und Chronologische Abfolge anbelangt) nicht zu genügen, da sie nicht erkennbar auf das angefochtene Urteil Bezug nehmen und sich im Wesentlichen in eigenen vom Urteil abweichenden Sachverhaltsdarstellungen des Beschwerdeführers erschöpfen. Darauf ist von vornherein nicht einzutreten. Gleich verhält es sich, soweit der Beschwerdeführer einfach auf kantonale Rechtsschriften verweist.
7. Wie bereits erwähnt rügt der Beschwerdeführer im Wesentlichen die Nichtabnahme von Beweisen und Gegenbeweisen durch die kantonalen Instanzen und beruft sich dabei auf <ref-law> bzw. 6 Ziff. 1 EMRK. Der Vorwurf, beantragte Beweise nicht abgenommen zu haben, beschlägt sowohl <ref-law> (Beweisführungsanspruch) als auch <ref-law>. Im Bereich des Bundesprivatrechts ist dieser Anspruch grundsätzlich als Verletzung von <ref-law> geltend zu machen (Urteil 5A_403/2007 vom 25. Oktober 2007 E. 3; 4A_228/2012 vom 28. August 2012 E. 2.3). <ref-law> gibt der beweispflichtigen Partei einen bundesrechtlichen Anspruch darauf, für rechtserhebliche Vorbringen zum Beweis bzw. zum Gegenbeweis zugelassen zu werden (<ref-ruling> E. 2.3 S. 226; <ref-ruling> E. 5.4 S. 601), wenn ihr Beweisantrag nach Form und Inhalt den Vorschriften des anwendbaren Rechts entspricht (<ref-ruling> E. 2.6 S. 24 f.; <ref-ruling> E. 2a S. 290; je mit Hinweisen).
8. 8.1 Vor Obergericht war in güterrechtlicher Hinsicht einzig strittig, welche güterrechtlichen Folgen die Bezahlung von Gerichts- und Anwaltskosten im Betrag von Fr. 284'463.-- aus früheren, anderweitigen Verfahren des Beschwerdeführers hat. Das Obergericht kam diesbezüglich zum Schluss, die fraglichen Prozesse hätten das Eigengut des Beschwerdeführers betroffen und die Gerichts- und Anwaltskosten belasteten somit das Eigengut des Beschwerdeführers. Da diese Kosten während des Güterstandes aus der Errungenschaft des Beschwerdeführers bezahlt worden seien, stehe dieser gestützt auf <ref-law> bei der güterrechtlichen Auseinandersetzung eine Ersatzforderung gegen das Eigengut des Beschwerdeführers zu, an welcher Ersatzforderung die Beschwerdegegnerin im Rahmen der Vorschlagsberechnung zur Hälfte beteiligt sei. Die Höhe der Ersatzforderung ist laut Obergericht im obergerichtlichen Verfahren nicht bestritten worden.
8.2 Der Beschwerdeführer setzt sich in der Beschwerdeschrift weder mit den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz noch mit den rechtlichen Schlussfolgerungen auseinander. Unter Berufung auf verschiedene im angefochtenen Urteil nicht festgestellte Tatsachen behauptet er lediglich, er sei rechtsungleich behandelt worden und sein Anspruch auf rechtliches Gehör erscheine als verletzt. Mit seinen Ausführungen, die nicht auf den tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz gründen, lässt sich indes keine Verletzung des Anspruchs auf Beweisführung bzw. eine Verletzung des Gleichheitsgrundsatzes belegen. Die Beschwerde ist insoweit abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann.
9. 9.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, das Gericht habe die Angaben der Beschwerdegegnerin über deren Einkommen nicht geprüft und ihm das rechtliche Gehör verweigert. Die Beschwerdegegnerin habe ein Auto, kaufe sich teure Kleider und reise in die USA und nach Barbados. Überdies habe die Vorinstanz die Zumutbarkeit der Erwerbsaufnahme durch die Beschwerdegegnerin nicht überprüft. Die Beweisaufnahme über die Tatsache, dass die Beschwerdegegnerin effektiv arbeite, sei ihm verweigert worden.
Das Obergericht ist mit dem Bezirksgericht von einem Einkommen der Beschwerdegegnerin aus Vermögensertrag von Fr. 630.-- pro Monat ausgegangen. Der Beschwerdeführer legt nicht unter Hinweis auf die Akten dar, dass er Beweismittel bezüglich eines höheren Einkommens der Beschwerdegegnerin ins Recht gelegt hat. Damit bleibt es mit Bezug auf deren tatsächliches Einkommen bei den Feststellungen der Vorinstanz.
Ob die Aufnahme einer Erwerbstätigkeit zuzumuten ist, bildet Rechtsfrage; Tatfrage bildet hingegen, ob die als zumutbar erkannte Tätigkeit möglich und das angenommene Einkommen effektiv erzielbar ist (vgl. zum Ganzen: <ref-ruling> E. 2.3 S. 121; <ref-ruling> E. 4.2.2.2 S. 108, das hypothetische Einkommen betreffend). Das Obergericht hat mit der ersten Instanz die Zumutbarkeit und die Möglichkeit einer Erwerbsaufnahme durch die Beschwerdegegnerin geprüft: Es verweist auf die Ausführungen des Bezirksgerichts, wonach die Beschwerdegegnerin im Sinn einer traditionellen ehelichen Rollenteilung für Haushalt und Betreuung der Kinder zuständig gewesen sei. Festgestellt wird zudem, dass die bald 58-jährige Beschwerdegegnerin seit 1982 ununterbrochen in der Schweiz gelebt hat. Seit dem letzten nur rund vier Monate dauernden Arbeitseinsatz auf einer Bank in den USA vor mehr als 30 Jahren sei die Beschwerdegegnerin nicht mehr ausserhäuslich erwerbstätig gewesen. Sie habe wegen fehlender Berufserfahrung und grosser zeitlicher Distanz zu ihrer Ausbildung gegenwärtig keine Chancen, eine Stelle zu finden. Angesichts der Rollenteilung, des Alters der Beschwerdegegnerin einerseits und des in sehr guten finanziellen Verhältnissen lebenden Beschwerdeführers anderseits sei der Beschwerdegegnerin die Aufnahme einer ausserhäuslichen Erwerbstätigkeit nicht zuzumuten. Der Beschwerdeführer stellt die festgestellten Tatsachen der kantonalen Instanzen nicht sachgerecht infrage (E. 6). Im Lichte der berücksichtigten Tatsachen ist die rechtliche Schlussfolgerung der kantonalen Instanzen nicht zu beanstanden. Soweit der Beschwerdeführer nunmehr unter Hinweis auf die Beilage 33 behauptet, dass die Beschwerdegegnerin effektiv einer Arbeit nachgehe, legt er nicht unter Hinweis auf die kantonalen Akten dar, dass er dieses Dokument den Regeln des Prozessrechts entsprechend frist- und formgerecht ins Recht gelegt hat. Aus diesem Dokument kann er somit nichts zu seinen Gunsten ableiten. Aber auch was der Beschwerdeführer an anderer Stelle zur Bemessung des nachehelichen Unterhaltes vorbringt, erschöpft sich im Wesentlichen in der Darstellung von ihm selbst vorgetragener, aber im angefochtenen Urteil nicht festgestellter Tatsachen und in der Behauptung nicht abgenommener Beweise, wobei auch hier nicht näher erörtert wird, welche Beweismittel nicht abgenommen und wann diese vorgebracht worden sind. Soweit die Beschwerde in diesem Punkt in formeller Hinsicht überhaupt zulässig ist, erweist sie sich als unbegründet.
9.2 Der Beschwerdeführer macht mit Bezug auf sein persönliches Einkommen geltend, sein monatliches Nettoeinkommen sei unter Verweigerung des rechtlichen Gehörs und unter Diskriminierung bestimmt worden. Die falschen Angaben gingen von einem einmalig erzielten steuerbaren Einkommen aus. Wie allgemein bekannt sei, liessen die Steuerbehörden nicht die ganzen Ausgaben zu, welche zum Erzielen des Einkommen benötigt würden (Gestehungskosten). Tatsächlich sei sein Einkommen mehr als Fr. 20'000.-- niedriger.
Das Bezirksgericht ist von einem Netto-Ersatzeinkommen des Beschwerdeführers von Fr. 11'200.-- pro Monat ausgegangen. Der Beschwerdeführer hat die Feststellung betreffend sein Einkommen nicht mit Berufung angefochten. Hat der Beschwerdeführer aber den Instanzenzug mit Bezug auf die Einkommensfeststellung kantonal nicht ausgeschöpft, liegt insoweit kein letztinstanzlicher Entscheid vor (<ref-ruling> E. 2 S. 639 f.). Darauf ist folglich nicht einzutreten.
9.3 Die Ausführungen des Beschwerdeführers auf S. 27 (Ziff. 3.2.2.8, 3.2.2.9) und S. 28 (Ziff. 3.2.2.10) seiner Beschwerde betreffen das Eheschutzverfahren und sind hier somit nicht von Belang. Weder ist im Scheidungsverfahren das Beweismass auf Glaubhaftmachen noch sind die Parteivorträge auf ein Minimum beschränkt. Auf die entsprechenden Ausführungen ist nicht einzutreten.
9.4 Es stellte sich schliesslich im Zusammenhang mit dem persönlichen Unterhaltsbeitrag zugunsten der Beschwerdegegnerin die Frage, ob es ihr ab April 2007, d.h. ab Einleitung des Scheidungsverfahrens, zumutbar gewesen wäre, eine Erwerbstätigkeit aufzunehmen. Im Rahmen der Prüfung dieser Frage hat das Obergericht bemerkt, zu Recht werde im Berufungsverfahren die Ausführung der Vorinstanz nicht mehr substanziiert bestritten, wonach die Beschwerdegegnerin während der Ehe nie einer Erwebstätigkeit nachgegangen sei. Mit der damals 16-jährigen Tochter habe sie immer noch in einem gewissen Umfang Betreuungspflichten wahrnehmen müssen. Die Ehe habe im April 2007 nahezu 25 Jahre gedauert und die Beschwerdegegnerin sei damals im 54. Altersjahr gestanden. Die Tatsache, dass auch aufgrund der Ausführungen des Beschwerdeführers eine wirtschaftlich verwertbare Ausbildung der Beschwerdegegnerin diffus bleibe, runde das Bild ab.
Das Obergericht hat im Ergebnis die Ausführungen des Beschwerdeführers (kursiv dargestellt) zur wirtschaftlich verwertbaren Ausbildung der Beschwerdegegnerin als unglaubwürdig bzw. nicht aussagekräftig betrachtet. Der Beschwerdeführer macht sinngemäss geltend, er habe am Nachweis einer wirtschaftlich verwertbaren Erwerbstätigkeit der Beschwerdegegnerin mitgewirkt; die Aussage des Gerichts gelte als Amtsmissbrauch.
Mit diesen Ausführungen versucht der Beschwerdeführer im Ergebnis, die Beweiswürdigung der Vorinstanz infrage zu stellen. Die Darlegungen erschöpfen sich indes in eigenen Behauptungen, die als solche nicht geeignet sind, Willkür in der Beweiswürdigung darzutun (vgl. E. 6). Insoweit ist auf die Beschwerde nicht einzutreten.
10. Der Beschwerdeführer macht mit Bezug auf die Kosten des erstinstanzlichen Verfahrens, die er vor Obergericht ebenfalls angefochten hat, geltend, aufgrund der Akten stehe fest, dass die Beschwerdegegnerin die alleinige Schuld an der Scheidung trage. Daher seien die Kosten des erstinstanzlichen Verfahrens der Beschwerdegegnerin aufzuerlegen und ihr für das erstinstanzliche Verfahren keine Entschädigung zuzusprechen. Er wirft damit dem Obergericht im Ergebnis vor, es habe mit der Bestätigung des erstinstanzlichen Kostenentscheids die erstinstanzlich anwendbaren Bestimmungen der ZPO/ZH über die Kosten (§§ 64 und 68 ZPO/ZH) willkürlich angewendet.
Der Beschwerdeführer lässt bei seiner Argumentation ausser Betracht, dass das geltende Scheidungsrecht die einverständliche Scheidung fördern will und die Verschuldensfrage damit nicht mehr von Bedeutung ist (vgl. dazu. FANKHAUSER, FamKomm Scheidung, Band 1 ZGB, 2. Aufl. 2011, N. 1 der Vorbemerkungen zu Art. 111-115 ZGB). Im vorliegenden Fall haben die Parteien in Anwendung von <ref-law> ein gemeinsames Scheidungsbegehren gestellt. Insofern ist keine willkürliche Anwendung von <ref-law>/ZH über die Kostenverteilung bzw. von <ref-law>/ZH über die Entschädigung auszumachen.
11. Damit ist die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Bei diesem Ausgang des Verfahrens wird der Beschwerdeführer kostenpflichtig (<ref-law>). Er hat die Gegenpartei jedoch für das bundesgerichtliche Verfahren nicht zu entschädigen, da sie sich zur aufschiebenden Wirkung nicht hat vernehmen lassen und in der Sache keine Vernehmlassungen eingeholt worden sind.
12. Da sich die Beschwerde als von Anfang an aussichtslos erwiesen hat, ist das Gesuch des Beschwerdeführers um unentgeltliche Rechtspflege abzuweisen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch des Beschwerdeführers um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 3'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Zivilkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. Februar 2013
Im Namen der II. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: von Werdt
Der Gerichtsschreiber: Zbinden