Sachverhalt:
A. F._, geboren 1975, gelernter Maler, meldete sich am 19. Mai 2008 unter Angabe unfallbedingter Beschwerden am rechten Handgelenk bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug ("Massnahmen für die berufliche Eingliederung") an. Die IV-Stelle des Kantons Thurgau wies das Leistungsbegehren mit Verfügung vom 7. Oktober 2008 ab. Die dagegen erhobene Beschwerde hiess das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau mit Entscheid vom 18. März 2009 bezüglich des Anspruchs auf Berufsberatung und Arbeitsvermittlung teilweise gut und wies das Begehren auf Umschulung ab. In der Folge gewährte die IV-Stelle F._ Arbeitsvermittlung. Sie schloss sie mit Mitteilung vom 19. April 2010 erfolglos ab.
Am 15. September 2010 meldete sich F._ erneut bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Er gab an, unter krankheits- und unfallbedingten somatischen und psychischen Problemen zu leiden. Die IV-Stelle trat auf das neue Gesuch ein und beauftragte im Rahmen der medizinischen Abklärung das Institut X._ mit einer polydisziplinären Abklärung (Gutachten vom 24. Oktober 2011). Mit Vorbescheiden vom 3. November 2011 und Verfügungen vom 9. Februar 2012 verneinte sie den Anspruch auf berufliche Massnahmen und auf eine Invalidenrente (Invaliditätsgrad von 30 %). Zudem lehnte sie das Gesuch um Bewilligung eines unentgeltlichen Rechtsbeistandes im Vorbescheidverfahren ab.
B. F._ liess beim Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau Beschwerde erheben und beantragen, die IV-Stelle sei zu verpflichten, ihm eine ganze Invalidenrente auszurichten; eventualiter habe sie ihm geeignete berufliche Massnahmen zu ermöglichen; zudem habe sie für den Aufwand des Rechtsvertreters im Vorbescheidverfahren aufzukommen. Das Gericht wies die Beschwerde mit Entscheid vom 16. Mai 2012 ab.
C. F._ lässt hiegegen Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen. Er beantragt, der angefochtene Entscheid sei aufzuheben und die IV-Stelle zur Ausrichtung einer ganzen Rente zu verpflichten; eventualiter sei sie anzuhalten, ihm eine geeignete berufliche Massnahme zu ermöglichen; eventualiter sei die Sache zur Vornahme weiterer Abklärungen und zum Neuentscheid an die Vorinstanz, subeventualiter an die IV-Stelle, zurückzuweisen. Die IV-Stelle sei zu verpflichten, ihm die unentgeltliche Rechtsverbeiständung im Verwaltungsverfahren zu bewilligen und für den Aufwand des Rechtsvertreters im Vorbescheidverfahren aufzukommen. Zudem ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Prozessführung vor Bundesgericht.

Erwägungen:
1. 1.1 Der Beurteilung von Beschwerden in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (Art. 82 ff. BGG) liegt der Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Diesen kann das Bundesgericht von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn er offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht (Art. 105 Abs. 2 BGG; vgl. auch Art. 97 Abs. 1 BGG). Zu den Rechtsverletzungen im Sinne von Art. 95 lit. a BGG gehören auch die unvollständige Feststellung der rechtserheblichen Tatsachen und die Verletzung des Untersuchungsgrundsatzes als einer wesentlichen Verfahrensvorschrift (Urteil 9C_53/2008 vom 18. Februar 2009 E. 1.3 mit Hinweisen).
1.2 Die vorinstanzlichen Feststellungen zum Gesundheitszustand, d.h. die Befunderhebung, die gestützt darauf gestellte Diagnose und die ärztliche Stellungnahme zum noch vorhandenen Leistungsvermögen oder (bei psychischen Gesundheitsschäden) zur Verfügbarkeit von Ressourcen der versicherten Person sowie die aufgrund der medizini-schen Untersuchungen gerichtlich konstatierte Arbeits(un)fähigkeit betreffen Tatfragen (<ref-ruling> E. 3.2 S. 398), welche sich nach der in E. 1.1 dargelegten Regelung der Kognition einer Überprüfung durch das Bundesgericht weitgehend entziehen und die es seiner Urteilsfindung zugrunde zu legen hat. Die konkrete Beweiswürdigung stellt ebenfalls eine Tatfrage dar (<ref-ruling> E. 3.3 S. 399; Urteil 8C_740/2010 vom 29. September 2011 E. 2.2).
1.3 Dagegen ist die Beachtung des Untersuchungsgrundsatzes und der Beweiswürdigungsregeln nach Art. 61 lit. c ATSG sowie die Anforderungen an den Beweiswert ärztlicher Unterlagen Rechtsfrage (Urteil 8C_215/2012 vom 11. Juli 2012 E. 2), die das Bundesgericht im Rahmen der den Parteien obliegenden Begründungs- bzw. Rügepflicht (Art. 42 Abs. 2 BGG und Art. 106 Abs. 2 BGG; <ref-ruling> E. 1.4.1 und 1.4.2 S. 254) frei überprüfen kann (Art. 106 Abs. 1 BGG).
1.4 Einem ärztlichen Bericht kommt Beweiswert zu, wenn er für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt und in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, wenn die Beschreibung der medizinischen Situation und Zusammenhänge einleuchtet und die Schlussfolgerungen des Arztes begründet sind (<ref-ruling> E. 3a S. 352). Auf einen diesen Anforderungen an sich genügenden ärztlichen Bericht darf jedoch dann nicht abgestellt werden, wenn Umstände vorliegen, die in objektiver Weise und nicht bloss aufgrund des subjektiven Empfindens der Partei geeignet sind, Misstrauen in die Unparteilichkeit und Unvoreingenommenheit des Verfassers zu erwecken (<ref-ruling> E. 6.1.2 S. 267; <ref-ruling> E. 7.1 S. 109 mit Hinweis; Urteil 9C_1061/2009 vom 11. März 2010 E. 4.1; Urteil 9C_104/2012 vom 12. September 2012 E. 3.1). Was die Berichte behandelnder Ärzte betrifft, so gilt der Grundsatz, dass diese aufgrund der auftragsrechtlichen Vertrauensstellung zum Patienten mit Vorbehalt zu würdigen sind (<ref-ruling> E. 3b/cc S. 353). Dies gilt für den allgemein praktizierenden Hausarzt wie den behandelnden Spezialarzt (Urteil I 655/05 vom 20. März 2006 E. 5.4 mit Hinweisen).
2. Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz wende mit ihren Einschätzungen und ihrer Argumentation die Grundsätze bezüglich des Beweiswerts eines ärztlichen Berichts oder Gutachtens falsch an. Dies gelte namentlich für die Frage, wie die Berichte der behandelnden Ärzte zu berücksichtigen seien bzw. wie sie der Annahme entgegenstünden, dem Gutachten des Instituts X._ komme genügender Beweiswert zu. Indem die Vorinstanz angenommen habe, die Einschätzung des Instituts X._ treffe zu, obwohl diesem effektiv kein genügender Beweiswert zukomme, und ihr gewichtige Berichte der behandelnden Ärzte entgegenstünden, habe die Vorinstanz überdies den Untersuchungsgrundsatz verletzt. Er wirft der Vorinstanz in diesem Zusammenhang vor, sie hätte bei der Würdigung des Beweiswerts des Gutachtens berücksichtigen müssen, dass das Institut X._ aufgrund materieller Fehlanreize und mangels effektiver Absicherung der erforderlichen Neutralität und Objektivität die Einseitigkeit der Beurteilung zugunsten der Versicherer zum Geschäftsmodell gemacht habe. Belegt werde dies namentlich auch durch Vorkommnisse um einen der Leiter des Instituts X._. Dieser habe in einer Reihe von Fällen Teilgutachten ohne Rücksprache mit den Teilgutachtern und durchwegs zulasten der versicherten Person abgeändert. Die Vorinstanz hätte darum zum Ergebnis kommen müssen, dass auch aufgrund der beschriebenen Problematik und unter Beachtung des Grundsatzes des fairen Verfahrens nach Art. 6 EMRK nicht auf das Gutachten des Instituts X._ abgestellt werden könne, da es nicht die erforderliche Gewähr für Neutralität und Objektivität biete.
Zunächst ist festzustellen, dass der erwähnte Leiter des Instituts X._ bei der Erstellung des vorliegenden Gutachtens gar nicht beteiligt war. Zudem hat das Bundesgericht mit Urteil 9C_113/2012 vom 14. März 2012 E. 2.1 festgehalten, dass der regelmässige Beizug eines Gutachters oder einer Begutachtungsinstitution durch den Versicherungsträger, die Anzahl der beim selben Arzt in Auftrag gegebenen Gutachten und Berichte sowie das daraus resultierende Honorarvolumen für sich allein genommen nicht zum Ausstand führen. Ohnehin ist auf die MEDAS - als Institution - die Rechtsprechung sinngemäss anwendbar, wonach nur die für eine Behörde tätigen Personen, nicht die Behörde als solche, befangen sein können (<ref-ruling> E. 1.3.3 S. 226 mit Hinweisen). Es wäre nicht verhältnismässig, wenn nach den alten Regeln (d.h. vor <ref-ruling>) bereits eingeholte Gutachten (hier rund ein Vierteljahr zuvor am 5. April 2011) ungeachtet ihrer jeweiligen Überzeugungskraft den Beweiswert einbüssten. Bildet ein nach altem Standard in Auftrag gegebenes Gutachten die massgebende Entscheidungsgrundlage, so ist diesem Umstand allenfalls bei der Beweiswürdigung Rechnung zu tragen (Urteil 9C_113/2012 vom 14. März 2012 E. 4 mit Hinweis). Auch nach der Rechtsprechung von <ref-ruling> waren somit keine Weiterungen geboten; der gerügte Verstoss gegen das Recht auf ein faires Verfahren (Art. 6 Abs. 1 EMRK) ist nicht auszumachen.
3. 3.1 Das polydisziplinäre (internistisch-psychiatrisch-orthopädische) Gutachten des Instituts X._ vom 24. Oktober 2011 attestierte dem Beschwerdeführer mit Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit eine rezidivierende depressive Störung, gegenwärtig leichte bis mittelgradige Episode mit Symptomen einer posttraumatischen Belastungsstörung (ICD-10 F33.0/F33.1/F43.1) und chronische Beschwerden am dominanten rechten Handgelenk (ICD-10 T92.2/Z98.8). Als Diagnosen ohne Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit waren u.a. eine Störung durch Alkohol, schädlicher Gebrauch (ICD-10 F10.1), sowie eine anhaltende somatoforme Schmerzstörung (ICD-10 F45.4) angegeben. Die depressive Störung sei verbunden mit Verstimmungen, Antriebsstörung, Schlafstörungen, vermindertem Selbstwert mit negativen Zukunftsperspektiven in Bezug auf die gesundheitliche Situation und eine berufliche Tätigkeit, Symptomen einer posttraumatischen Belastungsstörung mit wiederholten Erinnerungen an traumatisierende Erlebnisse im Bosnienkrieg, Albträumen sowie einer Schmerzsymptomatik im Bewegungsapparat, die sich bei deutlich ausgeprägten psychosozialen und emotionalen Belastungsfaktoren durch somatische Befunde nicht hinreichend erklären lasse. Der Verlauf sei chronisch und werde vor allem auch durch die deutlich ausgeprägte Krankheitsüberzeugung mitbestimmt. Die Prognose sei deshalb ungünstig. Der Beschwerdeführer sei in der angestammten Tätigkeit als Maler und in jeder anderen körperlich schweren Beschäftigung vollständig arbeitsunfähig. In körperlich leichten bis mittelschweren leidensadaptierten Tätigkeiten sei die Arbeitsfähigkeit zwar aus Sicht des Bewegungsapparates zeitlich und leistungsmässig uneingeschränkt, jedoch bestehe aufgrund der rezidivierenden depressiven Störung mit Symptomen einer posttraumatischen Belastungsstörung eine Einschränkung von 30 %. Aus polydisziplinärer Sicht sei somit für körperlich leichte bis mittelschwere adaptierte Tätigkeiten eine im Vollschichtpensum mit erhöhtem Pausenbedarf und reduziertem Rendement umsetzbare Arbeits- und Leistungsfähigkeit von 70 % gegeben.
3.2 Vonseiten der behandelnden Ärzteschaft wurden die Verhältnisse wie folgt eingeschätzt: In den Berichten der Klinik L._ vom 14. August 2010 und 4. Februar 2011 wurden eine komplexe posttraumatische Belastungsstörung mit phasenweise mittelgradiger bis schwerer depressiver Komorbidität (ICD-10 F43.1), der Verlust eines nahen Angehörigen in der Kindheit (ICD-10 Z61.0), eine negativ veränderte Struktur der Familienbeziehungen in der Kindheit (ICD-10 Z61.2), Betroffensein von Katastrophen, Krieg und sonstigen Feindseligkeiten (ICD-10 Z65.5) sowie ein Zustand nach zweifach versuchter vorsätzlicher Selbstbeschädigung durch absichtlich verursachten Autounfall (ICD-10 X82) diagnostiziert. Aktuell könne sich der Patient von jeglicher Suizidalität distanzieren und gebe ein glaubwürdiges Non-Suizidversprechen ab. Bezüglich der traumatisierenden Erlebnisse bestünden auditive und visuelle Intrusionen (= Wiedererinnern und Wiedererleben von psychotraumatischen Ereignissen), dissoziative Episoden, Hyperarousal (= Übererregung), Nervosität, eine ausgeprägte Hypervigilanz sowie auch eine ausgeprägte konstriktive (= "einschnürende") Symptomatik. Der Patient gebe an, phasenweise unter inneren Leeregefühlen zu leiden, auch werde er ständig von Gedanken und Gefühlen überflutet. Er sei krankheitseinsichtig.
Die psychiatrisch erstbehandelnde Ärztin Frau Dr. med. M._, Psychiatrie und Psychotherapie FMH, bestätigte im Bericht vom 9. Januar 2011 die im Bericht der Klinik L._ gestellten Diagnosen. Sie äusserte sich nicht zur Arbeitsfähigkeit ihres früheren Patienten, gab aber an, dass ihm unbedingt die Möglichkeit zur beruflichen Eingliederung gegeben werden sollte.
Dr. med. H._, Psychiatrie und Psychotherapie FMH, gab im Bericht vom 15. März 2012 an, der Versicherte leide unter einer komplexen posttraumatischen Belastungsstörung. Dies entspreche beim Versicherten der ICD-10-Diagnose einer andauernden Persönlichkeitsänderung nach Extrembelastung (F62.0). Komorbid bestehe eine mindestens mittelschwere bis schwere depressive Episode (ICD-10 F32.1-2). Die Syndrome würden sich in ihrer Symptomatik überlappen. Eine andauernde Persönlichkeitsänderung nach Extrembelastung gehe häufig aus einer posttraumatischen Belastungsstörung hervor. Symptome derselben seien beim Patienten nach wie vor festzustellen (Wiedererleben traumatisierender Ereignisse, Vermeidung und Übererregung). Ein zusätzliches und belastendes Symptom sei eine ständig vorhandene chronische Suizidalität. Deswegen sei er auch schon hospitalisiert gewesen (Klinik L._). Der Patient sei psychiatrisch schwer krank und 100 % erwerbsunfähig. Das Gutachten des Instituts X._ erfasse den Patienten diagnostisch nur unzureichend und es sei nicht nachvollziehbar, dass aus psychischer Sicht lediglich eine Einschränkung der Arbeitsfähigkeit um 30 % habe erkannt werden können.
4. 4.1 Für den Beschwerdeführer ist hinsichtlich des von ihm bestrittenen Beweiswertes des Gutachtens der Umstand erstaunlich, dass das Institut X._ offenkundig die im Zeitpunkt der Exploration bestehende Suizidalität nicht erkannt habe, sei doch ausgeführt worden, Hinweise für eine akute Suizidalität bestünden nicht. Der Versicherte habe damals schon zwei Suizidversuche hinter sich gehabt und nur drei Wochen nach der Begutachtung sei ihm aufgrund chronischer Suizidalität fürsorgerisch die Freiheit entzogen worden. Er verweist auf das am 29. September 2011 durch den Amtsarzt Dr. med. W._, Allgemeine Medizin FMH, ausgefüllte Formular, in welchem als Grund der dringlichen Einweisung die Gefährdung durch chronische Suizidalität angegeben wurde.
4.2 Die Einweisung vom September 2011 wurde von der IV-Stelle in ihrer Gesamtbeurteilung mitberücksichtigt. Aus der - auch vom Beschwerdeführer in keinen Sachverhaltszusammenhang gestellten - Angabe im Formular lässt sich nichts zum Beweiswert des Gutachtens ableiten; es wird nur dokumentiert, dass der Amtsarzt im Moment des Ausfüllens des Formulars davon überzeugt war, es bestehe beim Versicherten die Gefahr einer gesundheitlichen Selbstschädigung. Weiterführende fachärztlich-psychiatrische Dokumente fehlen. Wohl wies Dr. med. H._ in seinem Bericht vom 15. März 2012 auf eine ständig vorhandene, chronische Suizidalität hin. Indes hat auch das Institut X._ die passiven Sterbewünsche des Beschwerdeführers in ihre Überlegungen miteinbezogen. Die Berichte der Klinik L._ - worauf Dr. med. H._ Bezug nahm (vgl. E. 3.2 Abs. 3) - gehen nicht darüber hinaus, lässt sich ihnen doch eine explizite Distanzierung von jeglicher Suizidalität entnehmen. Was die - erstmals anfangs 2011 - rapportierten Suizidversuche betrifft, erhellt aus den Akten, dass es sich um zwei Auto-Selbstunfälle ca. 2005/2006 unter Alkoholeinfluss ohne Verletzungsfolge gehandelt haben soll.
Soweit Diskrepanzen in der medizinischen Beurteilung bestehen - während die Experten des Instituts X._eine leichte bis mittelgradige depressive Störung mit Symptomen einer posttraumatischen Belastungsstörung diagnostizierten, benannten die behandelnden Ärzte eine phasenweise mittelgradige bis schwere Depression und eine chronifizierte komplexe posttraumatische Belastungsstörung (so etwa die Berichte der Frau Dr. med. M._, Psychiatrie und Psychotherapie FMH, vom 9. Januar 2011 und der Klinik L._ vom 4. Februar 2011) - ist in Übereinstimmung mit dem kantonalen Gericht festzuhalten, dass es wegen der unterschiedlichen Natur von Behandlungsauftrag des therapeutisch tätigen (Fach-)Arztes und Begutachtungsauftrag des amtlich bestellten medizinischen Experten nicht geboten ist, ein Administrativ- oder Gerichtsgutachten stets in Frage zu stellen und zum Anlass weiterer Abklärungen zu nehmen, wenn die behandelnden Ärzte zu anderen Einschätzungen gelangen als eine MEDAS (<ref-ruling> E. 4 S. 175). Vorbehalten bleiben Fälle, in denen sich eine klärende Ergänzung des medizinischen Dossiers oder direkt eine abweichende Beurteilung aufdrängt, weil die behandelnden Ärzte wichtige, nicht rein subjektiver ärztlicher Interpretation entspringende Aspekte benennen, die im Rahmen der Begutachtung unerkannt oder ungewürdigt geblieben sind (Urteil 9C_252/2012 vom 7. September 2012 E. 8.4 mit Hinweisen). Hier ist solches nicht gegeben. Gerade die für eine mögliche Traumatisierung des Beschwerdeführers verantwortlichen Kriegserlebnisse der Jahre 1993/94 haben die Experten des Instituts X._ wiederholt, unter verschiedenen Aspekten und so wie berichtet berücksichtigt und gewürdigt. Sie haben überzeugend begründet, dass und warum aus medizinischer Sicht die Diagnose einer posttraumatischen Belastungsstörung nicht als eigenständige Diagnose gestellt werden kann. Der Beschwerdeführer gibt die entsprechende gutachterliche Aussage allzu stark verkürzt wieder, denn es wurde dort ausdrücklich festgehalten, dass, wenn die Latenzzeit länger als sechs Monate sei, nach der ICD-10-Kodifizierung diese Diagnose nur gestellt werden soll, wenn die Symptomatik typisch sei und nicht gleichzeitig eine affektive Störung diagnostiziert werden könne. Die traumatischen Erinnerungen müssten sich ausserdem am Tag oder in den Träumen aufdrängen und so sein, als ob das Ereignis stattfinde. Auch komme es typischerweise zu einer deutlichen emotionalen Abstumpfung oder zu Phasen von Erregtheit. Dies alles sei beim Exploranden nicht deutlich der Fall. Der Alkoholmissbrauch verstärke die affektive Symptomatik. Im Vordergrund stehe bei ihm die rezidivierende depressive Störung, die sich ab 2009/10 verstärkt habe und sich seither einschränkend auf die Arbeitsfähigkeit auswirke. Vor allem seien hier auch die Behandlungsmöglichkeiten nicht ausgeschöpft. Der Explorand erhalte gegenwärtig kein Antidepressivum verordnet. Eine anhaltende gänzliche Arbeitsunfähigkeit könne nicht begründet werden. Der Verlauf sei durch eine deutlich ausgeprägte Krankheitsüberzeugung mitbestimmt.
4.3 Nach dem Gesagten ist das Gutachten des Instituts X._ schlüssig und nachvollziehbar und erfüllt die gestellten Anforderungen (vorne E. 1.4). Die Vorbringen des Versicherten, soweit sie nicht als appellatorische Kritik an der vorinstanzlichen Beweiswürdigung unbeachtlich sind, vermögen keine Bundesrechtswidrigkeit (Art. 97 Abs. 1 und Art. 95 lit. a BGG) des angefochtenen Entscheides darzutun. Wie die Vorinstanz richtig erwogen hat, sind keine Anzeichen für eine Falschbegutachtung oder eine mangelnde Unabhängigkeit gegeben; es bestehen keine Anhaltspunkte dafür, dass die Begutachtung nicht lege artis durchgeführt wurde. Die Vorinstanz hat ohne Verletzung des Untersuchungsgrundsatzes in zulässiger antizipierender Beweiswürdigung (vgl. <ref-ruling> E. 5.2 S. 69; <ref-ruling> E. 5.3 S. 236) auf weitere Abklärungen verzichtet. Nachdem die Festlegung der Vergleichseinkommen bei der Bemessung des Invaliditätsgrades unangefochten geblieben ist, kann die Ablehnung des Rentenanspruchs mit Recht geschützt werden.
5. Die verfügungsweise Ablehnung des Anspruchs auf berufliche Massnahmen hat die Vorinstanz mit der Feststellung bestätigt, ein Eingliederungswille des Beschwerdeführers sei in keiner Weise ersichtlich. Dieser stelle sich auf den Standpunkt, nicht mehr arbeitsfähig zu sein. Darum seien die Leistungsanforderungen gemäss den Art. 8 Abs. 1 und 15 ff. IVG nicht erfüllt. Da die Erwerbsfähigkeit durch berufliche Massnahmen nicht verbessert werden könnte, bestehe keine Veranlassung, solche näher zu prüfen. Die Feststellung eines fehlenden Eingliederungswillens ist für das Bundesgericht verbindlich (E. 1). Fehlt die subjektive Eingliederungsfähigkeit, besteht von vornherein kein Anspruch auf berufliche Massnahmen (Urteil 9C_6/2008 vom 6. Juni 2008 E. 3 in fine).
6. 6.1 Der Anspruch auf unentgeltliche Verbeiständung im Verwaltungsverfahren (Art. 37 Abs. 4 ATSG) setzt die Bedürftigkeit der gesuchstellenden Partei, die fehlende Aussichtslosigkeit der Rechtsbegehren (vgl. dazu <ref-ruling> E. 2.3.1 S. 135 mit Hinweisen) sowie die sachliche Gebotenheit des Beizugs eines Anwalts voraus (<ref-ruling> E. 4.1 S. 200 f. und E. 5.1.3 S. 204; vgl. auch Art. 29 Abs. 3 BV). Im Vorbescheidverfahren besteht ein Anspruch auf anwaltliche Verbeiständung nur in Ausnahmefällen, in denen ein Rechtsanwalt beigezogen wird, weil schwierige rechtliche oder tatsächliche Fragen dies als notwendig erscheinen lassen und eine Verbeiständung durch Verbandsvertreter, Fürsorger oder andere Fach- und Vertrauensleute sozialer Institutionen nicht in Betracht fällt (<ref-ruling> E. 4.1 S. 201).
6.2 Die Vorinstanz sah keinen Grund für die Notwendigkeit einer anwaltlichen Vertretung im Vorbescheidverfahren. Die Kritik am Vorbescheid habe sich im Wesentlichen in grundsätzlichen Ausführungen zur Problematik von MEDAS-Gutachten erschöpft. Konkret sei lediglich gerügt worden, dass nicht auf die behandelnden Ärzte abgestellt worden sei. Beides hätte jedoch der Versicherte alleine geltend machen können, habe er sich doch anlässlich einer früheren Beschwerde auch klar ausgedrückt.
Es trifft zu, dass die nach der Rechtsprechung an eine unentgeltliche Verbeiständung im Vorbescheidverfahren gestellten Voraussetzungen (E. 7.1) hier nicht erfüllt waren. Weder stellten sich besondere oder seit <ref-ruling> noch umstrittene Rechtsfragen. Die Streitsache unterschied sich nicht von einer durchschnittlichen Versicherungsangelegenheit. Die anwaltliche Stellungnahme führte vor Abschluss des Verwaltungsverfahrens denn auch zu keinerlei verfahrensmässigen Weiterungen. Hier die unentgeltliche Verbeiständung zu gewähren, liefe der gesetzlichen Konzeption zuwider, die von einem "sehr strengen Massstab" ausgeht (Urteil 9C_991/2008 vom 18. Mai 2009, E. 4.4.1 mit Hinweis auf <ref-ruling> E. 5.1.3 S. 204). Im Hinblick auf den Verfügungserlass waren beim Versicherten (noch) keine differenzierten Kenntnisse der Rechtsprechung notwendig. Zwar ist richtig, dass die geforderte ganze Rente für ihn von erheblicher Bedeutung war, dies trifft jedoch bei Sozialversicherungsleistungen regelmässig zu (vgl. Urteil 9C_161/2011 vom 3. Mai 2011 E. 3.4). Das Abstellen auf das finanzielle Moment hätte zur Folge, dass der Anspruch auf unentgeltliche Verbeiständung in praktisch allen oder zumindest den meisten Vorbescheidverfahren bejaht werden müsste; dies käme einem generellen Anspruch auf einen unentgeltlichen anwaltlichen Vertreter im Verwaltungsverfahren gleich und widerspräche der gesetzlichen Konzeption (vgl. Urteile 9C_165/2009 vom 7. August 2008 E. 1.2; I 113/07 vom 21. März 2007 und I 746/06 vom 8. November 2006 E. 4.2).
7. Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend hat der Beschwerdeführer die Gerichtskosten zu tragen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Seinem Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird entsprochen (Art. 64 Abs. 1 BGG). Er hat der Gerichtskasse Ersatz zu leisten, wenn er später dazu in der Lage ist (Art. 64 Abs. 4 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Dem Beschwerdeführer wird die unentgeltliche Rechtspflege gewährt.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt, indes vorläufig auf die Gerichtskasse genommen.
4. Rechtsanwalt Viktor Györffy, Zürich, wird als unentgeltlicher Anwalt des Beschwerdeführers bestellt, und es wird ihm für das bundesgerichtliche Verfahren aus der Gerichtskasse eine Entschädigung von Fr. 2'800.- ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 27. November 2012
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Meyer
Der Gerichtsschreiber: Schmutz