Sachverhalt: A. X.M._ und seine Ehefrau Y.M._ hatten sich im März 2000 gerichtlich getrennt. Die fünf Söhne, darunter auch der am 23. Juni 1998 geborene A.M._, wurden unter die Obhut der Mutter gestellt. Die Anklage wirft X.M._ vor, während eines Besuchswochenendes anfangs Oktober 2003 mit seinem Sohn A.M._ im Bett gelegen und ihn am nackten Glied gestreichelt zu haben. B. Das Regionalgericht Berner Jura-Seeland sprach X.M._ am 16. Juni 2011 von der Anklage der Drohung und der sexuellen Handlung mit einem Kind zum Nachteil von A.M._ frei. Sowohl die Staatsanwaltschaft wie auch A.M._ erhoben Berufung. C. Das Obergericht des Kantons Bern stellte am 5. Juli 2012 die Rechtskraft des erstinstanzlichen Urteils hinsichtlich des Freispruchs von der Anklage der Drohung fest. Es erklärte X.M._ der sexuellen Handlung mit einem Kind schuldig und verurteilte ihn zu einer bedingten Geldstrafe von 75 Tagessätzen zu Fr. 30.-- und einer Busse von Fr. 450.--. D. X.M._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das angefochtene Urteil sei insoweit aufzuheben, als er wegen sexueller Handlung mit einem Kind verurteilt worden ist. Er sei von der Anklage freizusprechen; eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen, die Kosten seien dem Staat aufzuerlegen und es sei ihm eine angemessene Entschädigung zuzusprechen. X.M._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung. Die Generalstaatsanwaltschaft und das Obergericht des Kantons Bern verzichten auf eine Vernehmlassung. A.M._ beantragt die Abweisung der Beschwerde. 