Sachverhalt:
A. X._ griff Y._ mit einem Messer an und fügte ihm eine fünf Zentimeter tiefe und zwei Zentimeter breite Stichwunde im rechten mittleren Unterbauch zu, nur wenige Zentimeter neben lebenswichtigen Organen und Blutgefässen, deren Verletzung zu einer unmittelbaren Lebensgefahr geführt hätte. Das Bezirksgericht Winterthur verurteilte ihn dafür und wegen weiterer Straftaten am 25. August 2011 u.a. wegen versuchter schwerer Körperverletzung zu einer Freiheitsstrafe von acht Jahren sowie einer Busse von Fr. 500.--. Im Berufungsverfahren sprach ihn das Obergericht des Kantons Zürich am 19. Januar 2012 wegen der Messerattacke der versuchten (eventualvorsätzlichen) Tötung schuldig und bestätigte die weiteren Schuldsprüche soweit angefochten. Es verurteilte X._ zu einer Freiheitsstrafe von zehn Jahren und einer Busse von Fr. 500.--.
B. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das obergerichtliche Urteil aufzuheben, ihn vom Vorwurf der versuchten eventualvorsätzlichen Tötung freizusprechen und stattdessen der versuchten schweren Körperverletzung schuldig zu sprechen, unter entsprechender Reduzierung des Strafmasses. Eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz verletze Bundesrecht, indem sie eine (eventual-)vorsätzliche Tötung bejahe. Unbestritten sei, dass er mit dem Messerstich eine schwere Körperverletzung von Y._ in Kauf genommen habe. Jedoch könne aufgrund des Wissens, dass bei einem derartigen Vorgehen der Tod im Bereich des Möglichen liege, nicht automatisch auf Eventualvorsatz hinsichtlich einer Tötung geschlossen werden. Hierzu bedürfe es weiterer äusserer Aspekte, die bei einer fünf Zentimeter tiefen und zwei Zentimeter breiten Stichverletzung in den Bauch nicht gegeben seien.
2. 2.1 Vorsätzlich begeht ein Verbrechen oder Vergehen, wer die Tat mit Wissen und Willen ausführt oder wer die Verwirklichung der Tat für möglich hält und in Kauf nimmt (<ref-law>). Eventualvorsatz ist nach ständiger Rechtsprechung gegeben, wenn der Täter die Tatbestandsverwirklichung für möglich hält, aber dennoch handelt, weil er den Erfolg für den Fall seines Eintritts in Kauf nimmt, sich mit ihm abfindet, mag er ihm auch unerwünscht sein (<ref-ruling> E. 4.2.3 mit Hinweis; vgl. auch <ref-law>).
Ob der Täter die Tatbestandsverwirklichung in Kauf genommen hat, muss das Gericht - bei Fehlen eines Geständnisses der beschuldigten Person - aufgrund der Umstände entscheiden. Dazu gehören namentlich die Grösse des dem Täter bekannten Risikos der Tatbestandsverwirklichung, die Schwere der Sorgfaltspflichtverletzung, die Beweggründe des Täters und die Art der Tathandlung. Je grösser die Wahrscheinlichkeit der Tatbestandsverwirklichung ist und je schwerer die Sorgfaltspflichtverletzung wiegt, desto näher liegt die Schlussfolgerung, der Täter habe die Tatbestandsverwirklichung in Kauf genommen (<ref-ruling> E. 3.2.2 mit Hinweisen). Das Gericht darf vom Wissen des Täters auf den Willen schliessen, wenn sich diesem der Eintritt des Erfolgs als so wahrscheinlich aufdrängte, dass die Bereitschaft, ihn als Folge hinzunehmen, vernünftigerweise nur als Inkaufnahme des Erfolgs ausgelegt werden kann (<ref-ruling> E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 5.3).
2.2 Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann vor Bundesgericht nur gerügt werden, wenn sie willkürlich (<ref-law>) ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1). Willkür bei der Beweiswürdigung liegt vor, wenn der angefochtene Entscheid offensichtlich unhaltbar ist oder mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht (<ref-ruling> E. 2.4; <ref-ruling> E. 5.4; je mit Hinweisen). Die Rüge der Willkür muss präzise vorgebracht und begründet werden (<ref-law>). Auf eine rein appellatorische Kritik am angefochtenen Urteil tritt das Bundesgericht nicht ein (<ref-ruling> E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 2.8; je mit Hinweisen).
Was der Täter wusste, wollte und in Kauf nahm, betrifft so genannte innere Tatsachen, welche vor Bundesgericht nur im Rahmen von <ref-law> gerügt werden können. Rechtsfrage ist hingegen, ob im Lichte der festgestellten Tatsachen der Schluss auf Eventualvorsatz begründet ist (<ref-ruling> E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 2.3.2; je mit Hinweisen). Da sich Tat- und Rechtsfragen insoweit teilweise überschneiden, hat der Sachrichter die in diesem Zusammenhang relevanten Tatsachen möglichst erschöpfend darzustellen, damit erkennbar wird, aus welchen Umständen er auf Eventualvorsatz geschlossen hat. Das Bundesgericht kann in einem gewissen Ausmass die richtige Bewertung dieser Umstände im Hinblick auf den Rechtsbegriff des Eventualvorsatzes überprüfen (<ref-ruling> E. 4.1 mit Hinweisen).
3. Die Vorinstanz erwägt unter Bezugnahme auf die rechtsmedizinischen Ergebnisse, dass die Wahrscheinlichkeit des Todeseintritts hoch war. Der Beschwerdeführer habe in einen bekanntermassen sensiblen Körperbereich gestochen. Der Einstichkanal läge lediglich ein bis vier Zentimeter neben lebenswichtigen Strukturen/Organen und Blutgefässen, deren Verletzung eine unmittelbare Lebensgefahr hervorgerufen hätte. Die ärztlichen Untersuchungen und das Gutachten des Instituts für Rechtsmedizin Zürich hätten anhand des Stichkanals belegt, dass das Messer in seiner Beschaffenheit geeignet war, den Tod durch einen Bauchstich zu bewirken. Der Beschwerdeführer habe nicht genau steuern können, wo und wie tief er den Körper seines Opfers treffe. Es sei gerichtsnotorisch, dass ein mit einem normalen Schweizer Sackmesser ausgeführter Stich (in den Bauch eines Menschen) ohne Weiteres eine tödliche Verletzung verursachen könne. Dies sei jedermann - ohne dass es einer besonderen Intelligenz bedürfe - klar. Zwar sei nicht erwiesen, dass der Beschwerdeführer Y._ habe töten wollen, jedoch habe sich ihm aufdrängen müssen, dass ein hohes Risiko bestand, dass das Opfer durch den Stich in den Bauch hätte sterben können. Auch wenn ihm dies nicht gelegen kam, habe er den möglichen Tod des Opfers billigend in Kauf genommen und vorsätzlich gehandelt.
4. 4.1 Nicht einzutreten ist auf die Beschwerde, soweit der Beschwerdeführer die verbindlichen, tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz (<ref-law>) und deren Beweiswürdigung beanstandet. Er legt nicht dar, weshalb diese schlechterdings unhaltbar sind, sondern beschränkt sich darauf, die erstinstanzlichen Erwägungen als vorzugswürdig darzustellen. Dies genügt den Rügeanforderungen nicht (Art. 97 Abs. 1, 106 Abs. 2 BGG).
4.2 Der Schluss der Vorinstanz auf ein eventualvorsätzliches Handeln des Beschwerdeführers verletzt kein Bundesrecht. Die Sorgfaltspflichtverletzung des Beschwerdeführers wiegt schwer. Wer in einer dynamischen Auseinandersetzung unkontrolliert mit einem Messer in den Bauch/Unterleib eines Menschen sticht, muss in aller Regel mit schweren Verletzungen rechnen. Das Risiko einer tödlichen Verletzung ist generell als hoch einzustufen. Dies gilt selbst für Verletzungen mit einer eher kurzen Messerklinge (Urteil 6B_239/2009 vom 13. Juli 2009 E. 2.4). Die rechtsmedizinischen Ergebnisse belegen, dass der Einstich nur wenige Zentimeter neben anatomischen Strukturen lag, deren Verletzung lebensgefährlich hätte sein können. Der Beschwerdeführer stach unkontrolliert zu und konnte nicht genau steuern, wo und wie (tief) er Y._ verletzte. Es war damit letztlich Zufall, dass die eindringende Messerklinge keine inneren Organe und Blutgefässe lebensgefährlich verletzte. Eine Todesfolge lag damit im allgemein bekannten Rahmen des Kausalverlaufs, was auch dem Beschwerdeführer bewusst und von seinem Vorsatz erfasst war.
Soweit der Beschwerdeführer vorträgt, er habe Y._ nicht töten, sondern ihm lediglich eine Lektion erteilen wollen, führt dies nicht zu einer Verneinung des Eventualvorsatzes. Vorsatz erfordert nicht, dass der (Tötungs-)Erfolg das Handlungsziel des Täters ist. Vorsätzlich handelt bereits, wer die Verwirklichung der Tat für möglich hält und in Kauf nimmt (<ref-law>). Dass ein Tötungserfolg das Handlungsziel gewesen wäre, nimmt die Vorinstanz nicht an, läge doch andernfalls nicht bloss eventualvorsätzliches, sondern direktvorsätzliches Handeln vor. Eine Fahrlässigkeitshandlung ist auszuschliessen, räumt der Beschwerdeführer doch selbst ein, dass er den Stich in den Unterleib vorsätzlich ausführte und dabei billigend in Kauf nahm, Y._ lebensgefährlich zu verletzen. Ob es überhaupt möglich ist, jemanden (eventual-)vorsätzlich lebensgefährlich zu verletzen ohne gleichzeitig dessen Tod ebenfalls billigend in Kauf zu nehmen, kann bei dieser Sachlage offenbleiben.
Auch die übrigen Einwände des Beschwerdeführers sind unbehelflich. Der angeführte Vergleichsfall (Urteil 6B_889/2009 vom 20. Januar 2010) vermag daran nichts zu ändern. Das Bundesgericht hat beim ähnlich gelagerten Sachverhalt den Schuldspruch des Obergerichts Zürich wegen schwerer Körperverletzung mit Todesfolge nicht beanstandet. Daraus lässt sich entgegen der Ansicht des Beschwerdeführers nicht ableiten, dass bei einem einzigen gegen den Oberkörper des Opfers geführten Stich nicht auf vorsätzliche Tötung erkannt werden darf. Zum einen war diese Frage im zitierten Urteil nicht zu entscheiden und zum anderen kann - je nach den Umständen des Einzelfalls - auch bei bloss einem Messerstich auf vorsätzliche Tötung erkannt werden (vgl. Urteile 6B_829/2010 vom 28. Februar 2011 E. 3.2; 6B_239/2009 vom 13. Juli 2009 E. 1, 2.4).
4.3 Angesichts des hohen allgemein bekannten Risikos des Todeseintritts bei einem unkontrollierten Messerstich in den Bauch konnte die Vorinstanz willkürfrei annehmen, der Beschwerdeführer habe den Tod von Y._ als möglich vorausgesehen und diesen in Kauf genommen, als er zugestochen hat. Der Schuldspruch wegen versuchter (eventualvorsätzlicher) Tötung verletzt kein Bundesrecht.
5. Auf den Antrag des Beschwerdeführers, das Strafmass zu reduzieren, ist nicht einzugehen, da es bei der vorinstanzlichen Verurteilung bleibt.
6. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Dem Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung kann stattgegeben werden, da die Beschwerde aufgrund der divergierenden Urteile der kantonalen Instanzen (Freispruch durch die erste Instanz, Schuldspruch durch die Vorinstanz) nicht aussichtslos war und der Beschwerdeführer bedürftig ist. Der Rechtsvertreter des Beschwerdeführers ist aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen (<ref-law>). Es sind keine Kosten zu erheben.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung wird gutgeheissen. Dem Beschwerdeführer wird Rechtsanwalt Manfred Lehmann als unentgeltlicher Rechtsbeistand beigegeben.
3. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4. Dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers wird für das bundesgerichtliche Verfahren eine Entschädigung von Fr. 2'000.-- aus der Bundesgerichtskasse ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 27. November 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Der Gerichtsschreiber: Held