Faits: A. Le 29 mai 2007, A.X._, de nationalité brésilienne, née Y._ en 1986, est entrée en Suisse. Le 6 juillet 2007, elle a annoncé son arrivée auprès du Service de la population de la Commune de Renens, en sollicitant une autorisation de séjour en vue de son mariage. En annexe au dossier remis au Service de la population, figurait une attestation du 16 août 2007 indiquant sa volonté de faire venir en Suisse son fils C._, né en 2003 au Brésil, de sa relation avec D._, ressortissant brésilien également. Le 25 février 2008, la recourante a épousé B.X._, né en 1987, de nationalité suisse. Elle a été mise au bénéfice d'une autorisation de séjour au titre de regroupement familial le 28 juillet 2008. C._ est entré en Suisse sans visa, à une date indéterminée, apparemment en septembre ou en octobre 2008. B. Par lettre du 13 juillet 2010, le Service du contrôle des habitants de la Commune de Lausanne a informé le Service de la population que les époux X._ étaient séparés depuis le 1er juillet 2009 et que A.X._ avait indiqué, lors de l'annonce de sa séparation le 6 juillet 2010, que son fils vivait chez elle depuis septembre 2008. Le 19 juillet 2010, elle a annoncé l'arrivée de son fils au Service du contrôle des habitants de la Commune de Lausanne (bureau des étrangers), en sollicitant une autorisation de séjour au titre de regroupement familial. Il ressort de l'interrogatoire de A.X._ par la Police municipale de la Ville de Lausanne que la séparation d'avec son mari datait du 5 août 2009, qu'ils avaient connu des épisodes de violence conjugale réciproque, qu'elle n'entendait pas reprendre la vie commune, que le couple n'avait pas d'enfant commun et que, à l'exception d'une soeur résidant en Suisse, sa famille vivait au Brésil. Selon deux attestations émanant du Centre social régional de l'Ouest lausannois et de Lausanne datées du 29 mars 2011, un montant de 3'070 fr. a été versé à B.X._ pour un ménage de six personnes au mois de février 2009 et de 2'760 fr. pour un ménage de deux personnes au mois d'avril 2009; A.X._ faisait partie des bénéficiaires des deux versements. Par lettre du 17 juillet 2011, en réponse au Service de la population, celle-ci a précisé que la reprise de la vie commune n'avait duré qu'un peu plus de deux mois. Par lettre du 10 août 2011 adressée au Service de la population, son époux a indiqué qu'il était séparé de son épouse depuis deux ans et qu'en réalité la reprise de la vie commune n'avait jamais eu lieu. Il souhaitait divorcer. En annexe à sa lettre, il a joint divers documents en lien avec les procédures pénales relatives aux violences conjugales et notamment une ordonnance de classement rendue le 3 juin 2011 par le Ministère public de l'arrondissement de Lausanne suite au retrait de la plainte déposée par son épouse pour menaces de mort. Le divorce a été prononcé le 7 mars 2012. C. Par décision du 23 décembre 2011, le Service de la population a refusé de renouveler l'autorisation de séjour de A.X._ et de délivrer une telle autorisation à son fils au motif principal que les époux s'étaient séparés en août 2009, que la vie commune avait ainsi duré environ une année et demie et qu'une brève reprise de celle-ci était intervenue entre les mois de février et avril 2011. Le Service de la population relevait que la recourante faisait l'objet de poursuites à hauteur de 3'896 francs. Concernant son comportement en Suisse, le Service de la population précisait qu'une plainte pénale pour violences conjugales avait été déposée par son mari et qu'elle avait enfreint les prescriptions de police des étrangers en annonçant son fils au Service du contrôle des habitants de la Commune de Lausanne près de deux ans après son entrée en Suisse sans autorisation. Enfin, le Service de la population ajoutait qu'elle n'avait allégué aucune raison personnelle majeure justifiant le renouvellement de son autorisation de séjour. Le 8 juin 2012, la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal a rejeté le recours formé par A.X._ contre la décision du Service de la population du 23 décembre 2011. D. A.X._ et son fils C._ forment un recours en matière de droit public auprès du Tribunal fédéral. Outre l'effet suspensif, ils requièrent, sous suite de frais et dépens, l'annulation de l'arrêt du Tribunal cantonal et le renvoi de la cause à ce dernier pour nouvelle décision dans le sens des considérants. Le Tribunal cantonal et l'Office fédéral des migrations ont conclu au rejet du recours alors que le Service de la population a renoncé à se déterminer. Par ordonnance du 17 juillet 2012, le Président de la IIe Cour de droit public a accordé l'effet suspensif au recours. Par courrier du 28 août 2012, les intéressés ont demandé le bénéfice de l'assistance judiciaire. 