2006 wechselte er zu den Ospreys, in seiner ersten Saison gelang ihm mit dieser Mannschaft der Gewinn der Celtic League. Trotz dieser erfolgreichen Saison wurde er nicht für den Kader zur Weltmeisterschaft berücksichtigt. Nach der Entlassung von Gareth Jenkins und der Ernennung von Warren Gatland zum neuen Nationaltrainer spielt Byrne wieder eine wichtigere Rolle. Bei den Six Nations 2008 gelang ihm ein Versuch beim Auswärtssieg in England und zwei weitere bei der Partie gegen Italien. Bei diesem Turnier gelang ihm mit Wales der Grand Slam.