Faits: A. Depuis plus de vingt-cinq ans, X._ occupe, en qualité de locataire, un appartement de quatre pièces au rez-de-chaussée de l'Immeuble ..., à .... Elle n'a pas payé le loyer de juillet 2006, s'élevant à 800 fr. Avant juillet 2006, la locataire a payé le loyer régulièrement, ce qu'elle a continué de faire après juillet 2006. En novembre 2006, le bailleur, A.Y._, a cédé la propriété du bien immobilier à son fils, J.Y._, qui lui a succédé dans le bail. Le 18 septembre 2008, l'ancien bailleur a cédé à son fils, en la forme écrite, la créance relative au loyer de juillet 2006. Le 9 février 2009, J.Y._ a imparti à X._ un délai de trente jours pour s'acquitter du loyer de juillet 2006, sous menace de résiliation du bail. Cette sommation est restée vaine. Par avis officiel du 16 mars 2009, le bailleur a résilié le bail avec effet au 30 avril 2009. B. X._ a saisi l'autorité de conciliation en matière de bail à loyer d'une requête tendant à l'annulation de la résiliation, subsidiairement à la prolongation du bail. Par décision du 17 juin 2009, l'autorité de conciliation a considéré la résiliation comme valable et refusé la prolongation du bail. Par mémoire-demande du 23 juillet 2009, X._ a ouvert action contre J.Y._ devant le juge de commune compétent. Dans son écriture, elle indique notamment que si elle ne dispose pas de preuve écrite de la remise de dette portant sur le loyer litigieux, elle a en revanche un témoin (i. e. Z._), à savoir un entrepreneur qui a accompagné A.Y._ lors de l'entrevue qu'elle a eue avec celui-ci en été 2006. Par jugement du 19 novembre 2009, le juge de commune a rejeté la demande formée par X._. Il a considéré que la locataire n'avait pas apporté la preuve que le bailleur précédent l'avait libérée du paiement du loyer pour le mois de juillet 2006, que l'on ne se trouvait pas dans un cas permettant l'annulation de la résiliation et que toute prolongation du bail était exclue, s'agissant d'une résiliation pour cause de demeure du locataire. X._ a formé un pourvoi en nullité contre la décision du juge de commune auprès du Tribunal des districts de Martigny et St-Maurice, sollicitant préalablement l'effet suspensif. Par décision du 22 janvier 2010, le Juge I des districts de Martigny et St-Maurice a refusé l'effet suspensif. Par arrêt du 25 mars 2010 (cause 4D_30/2010), le Tribunal fédéral a admis le recours interjeté par X._, annulé la décision du 22 janvier 2010 et accordé l'effet suspensif au recours déposé par la locataire contre la décision du juge de commune. Par jugement du 2 juillet 2010, le Juge I des districts de Martigny et St-Maurice a rejeté le pourvoi en nullité dans la mesure de sa recevabilité. A la suite du juge de commune, le juge de district a relevé que X._ n'avait pas requis l'audition du témoin Z._ selon les formes de la procédure cantonale, que l'on ne pouvait pas croire à une remise de dette sur la base des seules allégations de la prénommée et que les relations houleuses entre les parties rendaient cette hypothèse peu vraisemblable. X._ a recouru auprès du Tribunal fédéral (cause 4A_544/2010). Dans un arrêt du 8 décembre 2010, le recours a été admis, le jugement attaqué a été annulé et la cause a été renvoyée à l'autorité précédente. Le Tribunal fédéral a jugé qu'en refusant d'entendre Z._ pour des motifs formels sans avoir correctement renseigné X._ sur la manière de procéder, le juge de commune - et après lui, l'autorité précédente - avait violé l'art. 274d al. 3 CO. Il a relevé en particulier que l'audition de ce témoin ne pouvait être refusée sur la base d'une appréciation anticipée des preuves, car les circonstances de l'espèce - réclamation du loyer de juillet 2006 par le cessionnaire deux ans et sept mois plus tard, pas de réclamation par le bailleur de l'époque - ne permettaient pas de conclure, sans verser dans l'arbitraire, que l'absence de remise de dette était d'emblée prouvée. Le 31 mai 2011, le témoin Z._ a été entendu lors d'une séance d'instruction devant le Juge IV des districts de Martigny et St-Maurice. Par jugement du 7 juillet 2011, le juge a rejeté la demande. Saisi d'un appel de X._, le Juge de la Cour civile I du Tribunal cantonal du canton du Valais a, par jugement du 15 mai 2012, admis le recours et annulé la décision du 7 juillet 2011; statuant à nouveau, il a annulé le congé notifié par J.Y._ à X._ par avis officiel du 16 mars 2009. A l'instar du juge précédent, il a retenu que la remise de dette dont la locataire se prévalait n'était pas prouvée; il a relevé notamment que si le témoin Z._ avait confirmé avoir visité l'appartement en juillet 2006 en vue d'établir un devis portant sur d'éventuels travaux de réfection, il avait démenti formellement que la locataire ait, à cette occasion, requis de A.Y._ de compenser, par la remise d'un loyer à concurrence de 800 fr., le désagrément dû à des visites intempestives. S'il n'était pas inefficace, le congé devait en revanche être annulé, car il contrevenait aux règles de la bonne foi. Le juge cantonal a considéré en effet que la résiliation intervenue dans les circonstances de l'espèce constituait un abus de droit, parce qu'elle avait été signifiée pour cause de non-paiement d'un seul loyer sur une période de près de trente ans, après une inaction inexplicable d'une durée de deux ans et sept mois, pendant laquelle la locataire avait payé régulièrement les loyers sans protestation du bailleur. C. J.Y._ interjette un recours en matière civile. Il demande au Tribunal fédéral de déclarer valable la résiliation de bail du 16 mars 2009 et de condamner X._ à lui payer un montant de 800 fr. avec intérêt à 5% dès le 1er juillet 2006. X._ conclut à l'irrecevabilité, subsidiairement au rejet du recours. 