Faits: A. A.a R._, ressortissante espagnole née en 1967 et titulaire d'un Certificat fédéral de capacité (CFC) de vendeuse, a travaillé au service de X._ à plein temps à partir du 9 octobre 1989, en qualité de collaboratrice. Elle exerçait en parallèle une activité accessoire de concierge auprès de la Régie Y._ SA. Le 3 janvier 2002, R._ a présenté une demande de prestations de l'assurance-invalidité, en invoquant subir une incapacité de travail entière depuis le 5 février 2001, puis partielle (50 %) dès le 1er novembre 2001 en raison de troubles rhumatologiques. Par la suite, elle a conclu un nouveau contrat de travail avec son employeur à un taux de 50 %. Le 17 décembre 2002, l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève (ci-après: l'office AI) a alloué à l'assurée une demi-rente d'invalidité, fondée sur un taux d'invalidité de 50 %, à partir du 1er février 2002. A.b Saisie d'une demande de révision présentée par l'assurée le 2 avril 2004, l'office AI a pris différents renseignements médicaux et économiques; il a été informé par l'employeur de l'assurée qu'elle n'avait pas pu reprendre le travail depuis le 3 novembre 2003, puis que les rapports de travail allaient être résiliés au 31 mai 2006. Par décision du 25 novembre 2009, l'office AI a reconsidéré son prononcé initial et réduit la rente de l'intéressée à un quart de rente dès le 1er janvier 2010, fondé sur un degré d'invalidité de 41 %. A.c Cette décision a été annulée sur recours de l'assurée par le Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève (aujourd'hui, Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales), qui a renvoyé la cause à l'administration pour la mise en oeuvre d'une expertise interdisciplinaire (jugement du 15 avril 2010). Celle-ci a été confiée au Centre d'expertise médical Z._, qui a rendu ses conclusions le 13 mai 2011. Par décision du 14 mars 2012, l'office AI a refusé à R._ le droit à des mesures d'orientation ou de reclassement professionnels et derechef réduit la rente à un quart de rente dès le 1er janvier 2010. En bref, il a retenu que son prononcé initial du 17 décembre 2002 était entaché d'erreurs manifestes dans l'évaluation de l'invalidité et devait être reconsidéré: le revenu d'invalide avait à tort été déterminé en fonction d'une convention collective de travail; le revenu sans invalidité relatif à l'activité de collaboratrice avait été surévalué, alors que le salaire tiré de l'activité accessoire n'avait pas été pris en compte; l'abattement de 25 % sur le revenu d'invalide n'était pas justifié (seul 15 % était admissible). B. Statuant le 19 septembre 2012 sur le recours interjeté par l'assurée contre cette décision, la Cour de justice genevoise, Chambre des assurances sociales, l'a partiellement admis dans le sens des considérants. Annulant la décision du 14 mars 2012 en tant qu'elle réduit la rente à un quart de rente à compter du 1er janvier 2010, elle a condamné l'office AI à payer à la recourante le complément différentiel depuis cette date. C. L'office AI interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. R._ conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer. 