Faits : A. X._ est né en 1986 et originaire de Bosnie et Herzégovine. Au cours d'un séjour touristique en Suisse en mars 2011, il a rencontré Y._, ressortissante portugaise vivant en Suisse au bénéfice d'une autorisation d'établissement. Le 7 octobre 2011, X._ et Y._ se sont mariés en Bosnie et Herzégovine. Le 26 octobre 2011, X._ s'est installé avec son épouse en Suisse et a obtenu une autorisation de séjour. Un enfant est né de cette union le 24 juillet 2012. Celui-ci est au bénéfice d'une autorisation d'établissement. Les époux se sont séparés en décembre 2012, à la suite de disputes ayant entraîné plusieurs interventions de la police. En date du 18 janvier 2013, les époux ont conclu une convention de mesures protectrices de l'union conjugale devant le Président du Tribunal d'arrondissement de la Broye et du Nord vaudois. Il a notamment été convenu que la garde était confiée à la mère, qu'un droit de visite était accordé à X._ chaque samedi de 14h à 17h et que celui-ci était tenu de verser une contribution d'entretien en faveur de l'enfant d'un montant de 400 fr. par mois. En février 2014, les époux ont conclu une nouvelle convention, aux termes de laquelle l'intéressé bénéficie d'un droit de visite de trois heures deux fois par mois dans un point-rencontre et est astreint à verser une contribution d'entretien en faveur de l'enfant d'un montant de 700 fr par mois. Après avoir exercé différentes activités lucratives en Suisse, X._ perçoit des indemnités de l'assurance-chômage depuis décembre 2013. B. Par décision du 23 avril 2014, le Service de la population du canton de Vaud (ci-après: le Service cantonal) a refusé de renouveler l'autorisation de séjour de X._ et prononcé son renvoi de Suisse. Par arrêt du 2 septembre 2014, la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal) a rejeté le recours de X._. Elle a retenu, en substance, que l'union conjugale ayant duré moins de trois ans, X._ ne pouvait bénéficier d'une autorisation de séjour fondée sur l'art. 50 al. 1 let. a de la loi fédérale du 16 décembre 2005 sur les étrangers (LEtr; RS 142.20) et qu'il ne remplissait pas davantage les conditions du cas de rigueur au sens de l'art. 50 al. 1 let. b et al. 2 LEtr. Elle a également jugé que les relations limitées que le recourant entretenait avec son enfant ne lui permettaient pas d'obtenir une autorisation de séjour fondée sur l'art. 8 CEDH. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, X._ demande au Tribunal fédéral, sous suite de frais et dépens, l'annulation de l'arrêt du Tribunal cantonal du 2 septembre 2014 et sa réforme, en ce sens que le dossier soit retourné au Service cantonal afin qu'il lui délivre une autorisation de séjour. Il requiert l'octroi de l'effet suspensif. Subsidiairement, il conclut à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause au Service cantonal afin qu'il statue à nouveau. Il demande le bénéfice de l'assistance judiciaire. Il n'a pas été ordonné d'échange des d'écritures. 