Sachverhalt: A. X._ kam mit A._ und B._ überein, bei der Einfuhr grösserer Mengen Kokain im Mehrkilobereich mitzuwirken. Am 27. März 2009 landete eine von der Dominikanischen Republik kommende Drogenkurierin mit 8 kg Kokaingemisch (geschätzter Reinheitsgehalt zwischen 61 % und 86 %) am Flughafen Zürich-Kloten. X._ hatte den Flughafenmitarbeiter C._ gewonnen, um das Kokain aus dem am Flughafen zwischengelagerten Gepäck zu entnehmen, es am Zoll vorbeizuschmuggeln und ihm in Zürich zu übergeben. X._ überbrachte das Kokain anschliessend A._ und B._ (oder zu deren Handen einer Drittperson). Hierfür bekam er Fr. 132'000.--, von denen er Fr. 10'000.-- an C._ zahlte. Am 23. Mai 2009 traf am Flughafen Zürich-Kloten ein weiterer Drogenkurier ein, der 16 kg Kokaingemisch mit einem Reinheitsgehalt zwischen 66 % und 79 % mit sich führte. Das Kokain sollte auf die gleiche Art am Zoll vorbeigeschmuggelt und anschliessend zu A._ und B._ gebracht werden. Hierzu kam es jedoch aufgrund eines polizeilichen Zugriffs nicht. X._ hätte als Entlohnung Fr. 150'000.-- sowie zwei Kilogramm Kokaingemisch erhalten sollen. Zudem war die Überlassung eines weiteren Kilogramms Kokaingemisch gegen Bezahlung in Aussicht gestellt. C._ waren Fr. 75'000.-- von X._ versprochen worden. B. Im Berufungsverfahren verurteilte das Obergericht des Kantons Zürich X._ in Bestätigung des erstinstanzlichen Urteils am 21. September 2012 wegen mehrfacher qualifizierter Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz zu einer Freiheitsstrafe von 13 Jahren. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit dem Antrag, das obergerichtliche Urteil sei aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung. 