Faits:
A. Ressortissant marocain né en 1965, X._ vit en Suisse depuis 1982. Les autorités zurichoises lui ont successivement délivré une autorisation de séjour, puis une autorisation d'établissement. D'un premier mariage, dissous en 1999, avec une ressortissante suisse, il a un fils, né en 1993, de nationalité suisse, qui vit auprès de lui. D'un second mariage, dissous en 2011, avec une ressortissante ukrainienne au bénéfice d'une autorisation d'établissement en Suisse, il a une fille, née en 2006, qui vit avec sa mère.
X._ a fait l'objet des condamnations pénales suivantes:
Le 28 octobre 1991, à une amende de CHF 200.- pour abus de permis et de signes.
Le 18 décembre 1995, à 18 mois d'emprisonnement avec sursis pendant trois ans pour instigation à vol simple et complicité de vol qualifié.
Le 7 février 2002, à trente jours d'emprisonnement avec sursis pendant deux ans pour infraction à la législation sur les étrangers.
Le 16 novembre 2009, à une peine privative de liberté de sept ans et cinq mois pour crime contre la loi sur les stupéfiants et fabrication de fausse monnaie.
Le 6 mai 2010, la Direction de la sécurité du canton de Zurich a révoqué l'autorisation d'établissement dont bénéficiait X._ et lui a imparti un délai pour quitter la Suisse. La révocation de l'autorisation d'établissement a été confirmée en dernière instance par arrêt du Tribunal fédéral du 14 septembre 2011 (cause 2C_192/2011). Les autorités zurichoises ont alors imparti à l'intéressé un nouveau délai au 10 avril 2012 pour quitter la Suisse.
Le 21 novembre 2011, l'Office fédéral des migrations a par ailleurs prononcé une interdiction d'entrée en Suisse pour une durée indéterminée à l'encontre de X._. Un recours formé par l'intéressé auprès du Tribunal administratif fédéral est pendant, mais n'a pas été assorti de l'effet suspensif.
B. Le 17 janvier 2012, X._ et A._, ressortissante italienne née en 1961, au bénéfice d'une autorisation d'établissement en Suisse, divorcée et domiciliée à S._, ont requis l'ouverture d'une procédure préparatoire en vue de mariage. L'Office d'état civil de T._ a invité X._ à lui faire parvenir toute pièce prouvant la légalité de son séjour en Suisse. Le 10 avril 2012, l'intéressé a demandé au Service de la population du canton de Vaud (ci-après : le Service cantonal) la délivrance d'une admission provisoire afin qu'il puisse contracter mariage. Le 20 juin 2012, le Service cantonal a refusé de donner une suite positive à cette demande.
X._ a recouru contre cette décision auprès du Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public (ci-après : le Tribunal cantonal). Par arrêt du 29 août 2012, celui-ci a rejeté le recours et confirmé la décision du Service cantonal du 20 juin 2012. Les juges cantonaux ont retenu, en substance, qu'en raison des infractions pénales graves qu'il avait commises et nonobstant la présence en Suisse de ses deux enfants, X._ ne pourrait, après un éventuel mariage, prétendre à une autorisation de séjour. L'intéressé ne disposant d'aucune perspective sérieuse de rester en Suisse après son éventuel mariage, le rejet de sa requête de séjour temporaire était justifié.
C. Par acte du 1er octobre 2012, X._ dépose un recours en matière de droit public au Tribunal fédéral. Il conclut, sous suite de frais et dépens, à ce que l'arrêt du 29 août 2012 soit réformé et qu'une attestation temporaire de légalité du séjour en vue de mariage lui soit délivrée. Subsidiairement, il requiert le renvoi de la cause au Tribunal cantonal pour nouvelle instruction et nouvelle décision dans le sens des considérants. Il sollicite en outre le bénéfice de l'assistance judiciaire.
Le Service cantonal et le Tribunal cantonal ont renoncé à se déterminer sur le recours. La Direction de l'état civil du canton de Vaud a relevé que la procédure préparatoire de mariage était suspendue jusqu'à droit connu dans la présente procédure et s'est référée à l'arrêt attaqué et à la jurisprudence du Tribunal fédéral. L'Office fédéral des migrations conclut au rejet du recours.

Considérant en droit:
1. 1.1 Selon l'art. 83 let. c ch. 2 LTF, le recours en matière de droit public est irrecevable contre les décisions relatives à une autorisation de droit des étrangers à laquelle ni le droit fédéral ni le droit international ne donnent droit. D'après la jurisprudence, il suffit qu'il existe un droit potentiel à l'autorisation, étayé par une motivation soutenable, pour que cette clause d'exclusion ne s'applique pas et que, partant, la voie du recours en matière de droit public soit ouverte (cf. <ref-ruling> consid. 1.1 p. 179).
En l'espèce, le recourant se prévaut des art. 12 CEDH et 14 Cst. au titre du droit au mariage, ainsi que de l'art. 8 CEDH au titre du droit au respect de la vie familiale. Le recourant et sa fiancée, de nationalité italienne, ont valablement introduit une procédure préparatoire de mariage auprès de l'état civil. En tant que détentrice d'une autorisation d'établissement, la fiancée du recourant dispose en outre d'un droit de présence assuré en Suisse. En pareilles circonstances, il convient donc d'admettre un droit, sous l'angle de l'art. 83 let. c ch. 2 LTF, permettant au recourant de former un recours en matière de droit public. La question de savoir si c'est à juste titre que les juges cantonaux ont confirmé le refus du Service cantonal d'autoriser le recourant à séjourner en Suisse en vue d'y préparer son mariage ressortit au fond et non à la recevabilité (cf. arrêt 2C_349/2011 du 23 novembre 2011 consid. 1.3, non publié in <ref-ruling>; arrêt 2C_117/2012 du 11 juin 2012 consid. 1.1).
1.2 Pour le surplus, l'arrêt attaqué est une décision finale (<ref-law>), rendue en dernière instance cantonale par un tribunal supérieur (art. 86 al. 1 let. d et al. 2 LTF). Déposé en temps utile (<ref-law>) et dans les formes requises (<ref-law>) par le destinataire de l'arrêt attaqué qui a qualité pour recourir au sens de l'<ref-law>, le recours en matière de droit public est par conséquent recevable.
2. Saisi d'un recours en matière de droit public, le Tribunal fédéral examine librement la violation du droit fédéral, qui comprend les droits de nature constitutionnelle (cf. art. 95 let. a et 106 al. 1 LTF), sous réserve des exigences de motivation figurant à l'<ref-law>. Il y procède en se fondant sur les faits constatés par l'autorité précédente (cf. <ref-law>), à moins que ceux-ci n'aient été établis de façon manifestement inexacte - ce qui correspond à la notion d'arbitraire (cf. pour cette notion <ref-ruling> consid. 4.2 p. 560; arrêt 2C_122/2012 du 1er novembre 2012 consid. 3.1) - ou en violation du droit au sens de l'<ref-law> (cf. <ref-law>). La partie recourante qui entend s'écarter des constatations de l'autorité précédente doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions d'une exception prévue par l'<ref-law> seraient réalisées et la correction du vice susceptible d'influer sur le sort de la cause (<ref-law>). A défaut, il n'est pas possible de tenir compte d'un état de fait qui diverge de celui contenu dans la décision attaquée. En particulier, le Tribunal fédéral n'entre pas en matière sur des critiques de type appellatoire portant sur l'état de fait ou sur l'appréciation des preuves (cf. <ref-ruling> consid. 5.1 p. 356).
Le recourant méconnaît à l'évidence ces principes. Il complète libre-ment l'état de fait et critique l'appréciation des preuves effectuée par l'instance précédente sans exposer concrètement en quoi cette appréciation serait arbitraire ou manifestement inexacte, se contentant d'opposer sa propre appréciation des faits à la description retenue par le Tribunal cantonal. Il évoque en particulier la situation de son fils et le fait que seuls la présence et le soutien du recourant lui permettraient d'arriver au terme de son apprentissage. Il se prévaut également des liens étroits qu'il entretiendrait avec sa fille, âgée de six ans, qu'il ne pourrait plus voir régulièrement en cas de renvoi de Suisse. Une telle argumentation, caractéristique de l'appel, n'est pas admissible. Partant, l'Autorité de céans se limitera à examiner si le droit fédéral a été correctement appliqué par le Tribunal cantonal sur la base des faits ressortant de l'arrêt entrepris.
3. La présente contestation porte sur l'obtention, directement fondée sur la CEDH, d'une autorisation de séjour pour la durée de la préparation et de la célébration du mariage du recourant en Suisse.
3.1 Selon la jurisprudence, un étranger peut, à certaines conditions, déduire du droit au mariage garanti par l'art. 12 CEDH et l'art. 14 Cst. un droit à pouvoir séjourner en Suisse en vue de s'y marier (cf. <ref-ruling> consid. 3.5 p. 356 ss). Ainsi, les autorités de police des étrangers sont tenues de délivrer un titre de séjour en vue du mariage lorsqu'il n'y a pas d'indice que l'étranger entende, par cet acte, invoquer abusivement les règles sur le regroupement familial, et qu'il apparaît clairement que l'intéressé remplira les conditions d'une admission en Suisse après son union (cf. art. 17 al. 2 LEtr [RS 142.20] par analogie). Dans un tel cas, il serait en effet disproportionné d'exiger de l'étranger qu'il rentre dans son pays pour s'y marier ou pour y engager à distance une procédure en vue d'obtenir le droit de revenir en Suisse pour se marier. En revanche, dans le cas inverse, soit si, en raison des circonstances, notamment de la situation personnelle de l'étranger, il apparaît d'emblée que ce dernier ne pourra pas, même une fois marié, être admis à séjourner en Suisse, l'autorité de police des étrangers pourra renoncer à lui délivrer une autorisation de séjour provisoire en vue du mariage; il n'y a en effet pas de raison de lui permettre de prolonger son séjour en Suisse pour s'y marier alors qu'il ne pourra de toute façon pas, par la suite, y vivre avec sa famille. Cette restriction correspond à la volonté du législateur de briser l'automatisme qui a pu exister, dans le passé, entre l'introduction d'une demande de mariage et l'obtention d'une autorisation de séjour pour préparer et célébrer le mariage (<ref-ruling> consid. 3.7 p. 359 s.; <ref-ruling> consid. 4 p. 46 s.).
Il convient partant de vérifier si le recourant satisfait aux critères susmentionnés, de manière à ce que, dans l'affirmative, il puisse prétendre à une autorisation de séjour en vue de préparer son mariage en Suisse.
3.2 En ce qui concerne l'invocation abusive des règles sur le regroupement familial, le Tribunal cantonal n'a retenu aucun élément permettant de douter des véritables intentions matrimoniales des fiancés, en particulier du recourant, de sorte que l'on ne saurait considérer que le mariage qui serait célébré constituerait une pure union de complaisance.
3.3 Il convient encore de vérifier si, au regard des circonstances du cas d'espèce, il apparaît clairement que le recourant, une fois marié, pourrait être admis à séjourner en Suisse. Cette question conduit nécessairement à se demander si les conditions de fond qui président à l'octroi d'une autorisation de séjour "ordinaire", c'est-à-dire d'un titre non limité à la préparation et célébration du mariage, seraient réunies en cas de mariage. En conséquence, c'est en vain que le recourant s'oppose à ce que le fait qu'il ne pourrait, le cas échéant, revenir en Suisse par le biais du regroupement familial, soit pris en compte lors de l'examen de sa requête à pouvoir séjourner en Suisse en vue d'y célébrer son mariage (cf. arrêt 2C_117/2012 du 11 juin 2012 consid. 4.4).
3.4 En application de l'art. 43 al. 1 LEtr, le conjoint étranger du titulaire d'une autorisation d'établissement a droit à l'octroi d'une autorisation de séjour et à la prolongation de sa durée de validité, à condition de vivre en ménage commun avec lui. Selon l'art. 51 al. 2 let. b LEtr, les droits prévus à l'art. 43 LEtr s'éteignent s'il existe des motifs de révocation au sens de l'art. 62 LEtr. Aux termes de cette disposition, l'autorité compétente peut révoquer une autorisation si l'étranger a été condamné à une peine privative de liberté de longue durée (let. b) ou s'il attente de manière grave ou répétée à la sécurité et l'ordre publics en Suisse ou à l'étranger, les met en danger ou représente une menace pour la sécurité intérieure ou extérieure de la Suisse (let. c). Selon la jurisprudence, une peine privative de liberté de plus d'une année est une peine de longue durée et constitue un motif de révocation de l'autorisation au sens de l'art. 62 let. b LEtr. Il s'agit d'une limite fixe, indépendante des circonstances du cas d'espèce (cf. <ref-ruling> consid. 4.2 p. 379 ss). La durée supérieure à une année pour constituer une peine privative de liberté de longue durée doit impérativement résulter d'un seul jugement pénal. En revanche, il importe peu que la peine ait été prononcée avec un sursis complet ou partiel, ou sans sursis (cf. arrêt 2C_117/2012 du 11 juin 2012 consid. 4.4.2).
Il y a atteinte à la sécurité et à l'ordre publics, au sens des art. 62 let. c LEtr et 80 al. 1 let. a de l'ordonnance fédérale du 24 octobre 2007 relative à l'admission, au séjour et à l'exercice d'une activité lucrative (OASA; RS 142.201), notamment en cas de violation importante ou répétée de prescriptions légales ou de décisions d'autorité. Tel est aussi le cas lorsque les actes individuels ne justifient pas en eux-mêmes une révocation, mais que leur répétition montre que la personne concernée n'est pas prête à se conformer à l'ordre en vigueur (cf. arrêts 2C_516/2012 du 17 octobre 2012 consid. 2.2; 2C_915/2010 du 4 mai 2011 consid. 3.2.1).
En tant qu'elles lèsent ou compromettent l'intégrité corporelle des personnes, qui est un bien juridique particulièrement important, les infractions à la LStup (RS 812.121), en particulier le trafic de stupéfiants, constituent en règle générale une atteinte grave à la sécurité et à l'ordre publics; or, une telle atteinte justifie la révocation d'un permis d'établissement au sens de l'art. 63 al. 1 let. b LEtr (cf. <ref-ruling> consid. 3.3 p. 303), et donc a fortiori celle d'une autorisation de séjour en application de l'art. 62 let. c LEtr (cf. arrêts 2C_117/2012 du 11 juin 2012 consid. 4.4.2; 2C_915/2010 du 4 mai 2011 consid. 3.2.1).
3.5 Selon l'art. 2 al. 2 LEtr, cette loi ne s'applique aux ressortissants des États membres de l'Union européenne que dans la mesure où l'Accord entre la Confédération suisse, d'une part, et la Communauté européenne et ses États membres, d'autre part, sur la libre circulation des personnes du 21 juin 1999 (ALCP; RS 0.142.112.681) n'en dispose pas autrement, ou lorsque la LEtr contient des dispositions plus favorables. Selon l'<ref-law>, les droits octroyés par les dispositions de l'Accord ne peuvent être limités que par des mesures justifiées par des raisons d'ordre public, de sécurité publique et de santé publique. Le cadre et les modalités d'application de l'<ref-law> sont définis en particulier par la directive européenne 64/221/CEE du 25 février 1964 pour la coordination des mesures spéciales aux étrangers en matière de déplacement et de séjour justifiées par des raisons d'ordre public, de sécurité publique et de santé publique, ainsi que par la jurisprudence y relative de la Cour de justice des Communautés européennes, devenue la Cour de justice de l'Union européenne (ci-après la Cour de Justice), rendue avant la signature de l'ALCP le 21 juin 1999 (cf. <ref-law> en relation avec l'<ref-law>; au sujet de la prise en considération des arrêts de la Cour de Justice postérieurs à cette date, cf. ATF 136 II consid. 3.4 p. 12 s.; arrêt 2C_401/2012 du 18 septembre 2012 consid. 3.3).
Conformément à la jurisprudence du Tribunal fédéral, qui s'appuie en cela sur celle de la Cour de Justice, les limitations au principe de la libre circulation des personnes doivent s'interpréter de manière restrictive. Le recours par une autorité nationale à la notion de l'ordre public suppose, en tout cas, l'existence, en dehors du trouble pour l'ordre social que constitue toute infraction à la loi, d'une menace réelle et suffisamment grave, affectant un intérêt fondamental de la société. L'<ref-law> s'oppose ainsi au prononcé de mesures décidées (exclusivement) pour des motifs de prévention générale. C'est le risque concret de récidive qui est déterminant (cf. <ref-ruling> consid. 4.2 p. 20). L'existence d'une condamnation pénale ne peut être ainsi retenue que dans la mesure où les circonstances qui ont donné lieu à cette condamnation font apparaître l'existence d'un comportement personnel constituant une menace actuelle pour l'ordre public. En général, la constatation d'une menace de cette nature implique chez l'individu concerné l'existence d'une tendance à maintenir ce comportement à l'avenir, mais il peut arriver que le seul fait du comportement passé réunisse les conditions de pareille menace pour l'ordre public (cf. <ref-ruling> consid. 3.4.1 p. 182 ss). Compte tenu de la portée que revêt le principe de la libre circulation des personnes, ce risque, qui est essentiel, ne doit cependant pas être admis trop facilement. Il faut bien plutôt l'apprécier en fonction de l'ensemble des circonstances du cas et, en particulier, de la nature et de l'importance du bien juridique menacé, ainsi que de la gravité de l'atteinte qui pourrait y être portée (cf. arrêt 2C_401/2012 du 18 septembre 2012 consid. 3.3). L'évaluation du risque de récidive sera d'autant plus stricte que le bien juridique menacé est important (cf. <ref-ruling> consid. 4.2 p. 20).
3.6 Le refus de l'autorisation ne se justifie par ailleurs que si la pesée des intérêts à effectuer dans le cas d'espèce fait apparaître la mesure comme proportionnée aux circonstances. Il convient donc de prendre en considération, dans la pesée des intérêts publics et privés en présence, la gravité de la faute commise par l'étranger, son degré d'intégration, respectivement la durée de son séjour en Suisse et le préjudice que l'intéressé et sa famille auraient à subir en raison de la mesure (cf. art. 96 al. 1 LEtr; <ref-ruling> consid. 4.3 p. 381 s.; <ref-ruling> consid. 4.2 p. 118 s.). Quand le refus d'octroyer une autorisation de séjour se fonde sur la commission d'une infraction, la peine infligée par le juge pénal est le premier critère servant à évaluer la gravité de la faute et à procéder à la pesée des intérêts en présence (arrêts 2C_855/2012 du 21 janvier 2013 consid. 6.1; 2C_117/2012 du 11 juin 2012 consid. 4.5.1). La jurisprudence se montre particulièrement rigoureuse avec les ressortissants étrangers qui se livrent au trafic de drogue, surtout s'ils ne sont pas eux-mêmes consommateurs de drogue, mais agissent par pur appât du gain (cf. arrêt 2C_516/2012 du 17 octobre 2012 consid. 2.3 et les arrêts cités). De plus, le comportement correct de l'étranger durant l'exécution de sa peine ne permet pas sans autre de conclure à sa reconversion durable; plus la violation des biens juridiques a été grave, plus il sera facile de retenir un risque de récidive (cf. arrêt 2C_1152/2012 du 7 décembre 2012 consid. 6.1). Les années passées en Suisse en prison ne sont pas prises en considération, celles qui l'ont été dans l'illégalité ou au bénéfice d'une simple tolérance ne revêtent que peu de poids et ne sont par conséquent pas déterminantes (cf. <ref-ruling> consid. 4.2 p. 8; <ref-ruling> consid. 4.3 p. 23 s.). Doit également être pris en considération le fait que le conjoint, au moment du mariage, connaissait le passé criminel de la personne étrangère qu'il entend épouser et devait par conséquent savoir qu'il risquait de ne pas pouvoir vivre sa vie maritale en Suisse (cf. arrêt 2C_141/2012 du 30 juillet 2012 consid. 6.3). Enfin, les mesures d'éloignement sont soumises à des conditions d'autant plus strictes que l'intéressé a passé une longue période en Suisse. Le renvoi d'étrangers ayant séjourné très longtemps en Suisse, voire de ceux qui y sont nés et y ont passé toute leur existence, n'est cependant pas exclu en présence de délits violents ou de délits graves répétés (cf. ATF <ref-ruling> consid. 2.1 p. 112).
La pesée des intérêts effectuée au titre de la LEtr est applicable également au domaine régi par l'ALCP (cf. art. 2 al. 2 LEtr; arrêt 2C_1045/2011 du 18 avril 2012 consid. 2.1). Elle se confond par ailleurs largement avec celle que le juge doit accomplir lors de la mise en oeuvre de l'art. 8 par. 2 CEDH (cf. <ref-ruling> consid. 4.3 p. 381; arrêt CourEDH Boultif c. Suisse du 2 août 2001, n° 54273/00, par. 48). Il y sera donc procédé simultanément, étant donné que le recourant se prévaut également de cette disposition.
3.7 En l'espèce, les conditions d'extinction du droit à l'octroi d'un titre de séjour en Suisse en vertu des art. 43 al. 1, 51 al. 2 let. b et 62 LEtr sont remplies. En effet, la condamnation du recourant, le 16 novembre 2009, à une peine privative de liberté de sept ans et cinq mois pour crime contre la LStup et fabrication de fausse monnaie tombe sous le coup de l'art. 62 let. b LEtr et dénote une atteinte à la fois grave et répétée à la sécurité et l'ordre publics en Suisse au regard de l'art. 62 let. c LEtr. Les juges cantonaux ont notamment souligné l'extrême gravité des faits pour lesquels le recourant a été condamné puisqu'il a introduit sur le marché, de 2000 à 2005, entre 65 et 70 kilogrammes de cocaïne, mettant de la sorte en danger la santé de très nombreuses personnes. Le recourant ne le conteste d'ailleurs pas. En outre, la question de la balance entre l'intérêt général de sécurité publique à voir le recourant quitter la Suisse et l'intérêt privé de celui-ci à séjourner en Suisse, a déjà été tranchée dans le cadre de la procédure de révocation de son autorisation d'établissement, qui s'est achevée par arrêt de la Cour de céans du 14 septembre 2011 (cause 2C_192/2011).
Les principes qui gouvernent l'ALCP, applicable dès lors que la fiancée du recourant est une ressortissante italienne et peut donc se prévaloir de cet Accord, ne sauraient modifier cette conclusion. En effet, compte tenu de la nature des actes criminels commis et des biens mis en danger - trafic de stupéfiants portant sur 65 à 70 kilogrammes de cocaïne -, ainsi que de la répétition et la gravité croissante des infractions au cours des années - notamment condamnation pour vol simple et complicité de vol qualifié en 1995 et pour crime contre la loi sur les stupéfiants en 2009 -, il y a lieu de retenir un risque de récidive important et actuel. Les premières condamnations n'ont en particulier pas détourné le recourant de commettre de nouvelles infractions bien plus graves. Dans ces conditions, le recourant constitue bien une menace actuelle et suffisamment grave pour l'ordre public, de sorte que les conditions nécessaires sous l'angle de l'ALCP pour justifier un refus d'autorisation sont données.
La relation du recourant avec ses enfants, un fils, né en 1993, de nationalité suisse, qui vit auprès de lui, et une fille, née en 2006, qui vit avec sa mère, et son influence sur le droit éventuel du recourant à demeurer en Suisse en vertu du droit au respect de la vie familiale tel que prévu par l'art. 8 CEDH, ont par ailleurs déjà été analysées dans la procédure de révocation de son autorisation d'établissement et il a été admis que cette révocation et l'éloignement du recourant qu'elle impliquait, était proportionnelle au regard de l'ensemble des circonstances (cf. arrêt 2C_192/2011 du 14 septembre 2011 consid. 3.3). Le seul élément nouveau qui n'avait pas encore été pris en compte dans cette procédure, à savoir le projet de mariage du recourant, n'est par ailleurs pas de nature à influencer la balance établie précédemment. On relèvera en particulier que la procédure en vue du mariage est postérieure à la condamnation de recourant à une peine privative de liberté de plus de sept ans et à la confirmation de la révocation de son autorisation d'établissement par le Tribunal fédéral. Partant, la fiancée du recourant doit accepter le risque que celui-ci ne puisse vivre en Suisse, la contraignant soit à le suivre soit à en vivre séparée.
Compte tenu de ce qui précède, on ne saurait donc retenir d'emblée que le recourant, une fois marié, pourrait être admis à séjourner en Suisse, bien au contraire. Il en découle que la seconde condition qui préside à l'exercice du droit au mariage du recourant sur territoire suisse fait défaut. Dans ces conditions, et bien que rien ne permette de douter des véritables intentions matrimoniales des fiancés, en particulier du recourant, celui-ci ne pourrait, une fois marié, obtenir une autorisation de séjour en vertu du droit de présence durable de sa fiancée. Le cas d'espèce diffère par conséquent de celui examiné par la Cour de céans à l'<ref-ruling>, où les infractions commises n'étaient pas suffisamment graves pour faire apparaître leur auteur comme une personne présentant une menace à l'ordre et à la sécurité publics propre à justifier d'emblée un refus d'autorisation de séjour fondé sur l'art. 8 par. 2 CEDH.
3.8 Le recourant invoque enfin les art. 276 et 277 CC, aux termes desquels les père et mère doivent pourvoir à l'entretien de l'enfant, et ce également au-delà de sa majorité, si l'enfant n'a pas encore de formation appropriée et pour autant que cette formation soit achevée dans les délais normaux. Le recourant entend déduire du fait que la mère de son fils ne peut subvenir à son entretien la nécessité, pour lui, de demeurer en Suisse pour financer la formation du jeune homme, ce qu'il ne pourrait faire depuis le Maroc où il doute de pouvoir trouver un emploi et un revenu adéquat. Il réitère par ailleurs le même argument en ce qui concerne sa fille, âgée de six ans, à l'entretien de laquelle il ne pourrait plus contribuer de façon adéquate en cas de renvoi de Suisse. Cet argument ne saurait porter. En effet, outre le fait que l'obligation d'entretien au-delà de la majorité n'est due que dans la mesure où les circonstances permettent de l'exiger (cf. <ref-law>), la contribution d'entretien doit correspondre, en particulier, à la situation et aux ressources des père et mère (cf. <ref-law>). Il appartiendra donc au juge civil de tenir compte, le cas échéant, de la situation et du revenu du recourant au Maroc, et de fixer les contributions d'entretien en conséquence (cf. arrêt 5A_513/2012 du 17 octobre 2012 consid. 4). En revanche, le recourant ne saurait tirer des dispositions qu'il invoque un quelconque droit à demeurer en Suisse.
3.9 Au vu de ce qui précède, le Tribunal cantonal n'a enfreint ni les art. 8 et 12 CEDH, ni l'art. 14 Cst., ni l'ALCP, ni la législation fédérale sur les étrangers en rendant l'arrêt attaqué; il a en particulier procédé à une pesée des intérêts en présence correcte, qui reste dans les limites prévues par le droit fédéral et conventionnel.
4. Il suit de ce qui précède que le recours, mal fondé, doit être rejeté.
Dans la mesure où ses conclusions apparaissaient dénuées de chances de succès, le bénéfice de l'assistance judiciaire doit être refusé au recourant (cf. <ref-law>). Succombant, il supportera les frais judiciaires (<ref-law>). Il n'y a pas lieu d'allouer des dépens (art. 68 al. 1 et 3 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. La demande d'assistance judiciaire est rejetée.
3. Les frais judiciaires, arrêtés à CHF 2'000.-, sont mis à la charge du recourant.
4. Le présent arrêt est communiqué à la mandataire du recourant, au Service de la population du canton de Vaud, à la Direction de l'état civil, Service de la population, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, et à l'Office fédéral des migrations.
Lausanne, le 15 mars 2013
Au nom de la IIe Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Zünd
La Greffière: Beti