Sachverhalt: A. A._ liess am 17. September 2002 von den Konten "B._ Ltd." und "C._" bei der Bank D._ USD 200'000.-- bzw. USD 300'000.-- auf das Konto Nr. xxx von Y._ bei der Bank E._ überweisen, als Investition in ein vermeintlich lukratives Geschäft. Er täuschte die Mitarbeiter der Bank D._ durch Vorspiegeln von nicht existenten Aufträgen der Inhaber der Konten "B._ Ltd." und "C._" über seine Verfügungsberechtigung und veranlasste sie so zu Vermögensdispositionen. Das angeblich lukrative Geschäft stellte sich als ein sog. "Nigeria-Connection-Schema" heraus. B. B.a Das Obergericht des Kantons Zürich sprach A._ am 10. September 2009 zweitinstanzlich des gewerbsmässigen Betrugs schuldig. Gleichzeitig beschloss es, aus dem Depot Nr. yyy bei der Bank E._, Depotinhaber Y._, seien dem Geschädigten X._ USD 300'000.-- und dem Geschädigten Z._ USD 200'000.-- bzw. der Gegenwert dieser Beträge in Wertschriften oder sonstigen Anlagen, gegebenenfalls anteilsmässig, auf erstes Verlangen herauszugeben. Die am 17. März 2003 angeordnete Depotsperre sei anschliessend aufzuheben. Das Bundesgericht hiess die dagegen erhobene Beschwerde von Y._ am 11. März 2010 gut, soweit darauf einzutreten war. Es hob die angefochtene Ziffer 2 des Beschlusses vom 10. September 2009 auf und wies die Angelegenheit zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz zurück (Urteil 6B_925/2009). B.b Das Obergericht des Kantons Zürich beschloss am 16. Dezember 2010 erneut die Einziehung und Herausgabe der im Depot von Y._ liegenden Vermögenswerte im Umfang von insgesamt USD 500'000.-- an die Geschädigten X._ und Z._. Die Beschwerde von Y._ gegen diesen Entscheid hiess das Bundesgericht wiederum gut. Es wies die Angelegenheit zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurück (Urteil 6B_80/2011 vom 8. September 2011). B.c Mit Urteil vom 29. Mai 2012 verzichtete das Obergericht des Kantons Zürich auf die Einziehung der Vermögenswerte im Depot Nr. yyy bei der Bank E._ und hob die Depotsperre auf. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil vom 29. Mai 2012 aufzuheben und ihm aus dem Depot Nr. yyy bei der Bank E._ den Betrag von USD 300'000.-- zuzüglich Zins bzw. den Gegenwert dieses Betrages in Wertschriften oder sonstigen Anlagen auf erstes Verlangen herauszugeben. Eventuell sei die Angelegenheit zwecks Neubehandlung an das Obergericht zurückzuweisen. Zudem sei der Beschwerde die aufschiebende Wirkung zu erteilen. D. Das Bundesgericht gab dem Gesuch um aufschiebende Wirkung am 9. Juli 2012 provisorisch statt. 