Bien que se remettant d'une opération pour soigner sa blessure récurrente au pied, il est sélectionné au sein d'un groupe de 46 joueurs pour la Coupe du monde 2011 en Nouvelle-Zélande. Il est présent dans le groupe des 30 joueurs gallois retenu par Warren Gatland. Non retenu pour le premier match face à l'Afrique du Sud, il rentre en jeu au poste d'arrière face aux Samoa. Il est ensuite titularisé au poste d'ailier pour les deux matchs suivants, face à la Namibie puis aux Fidji. Pour le quart face à l'Irlande, Gatland le préfère à James Hook et Lee Byrne pour occuper le poste d'arrière. Lors de cette rencontre remportée sur le score de , il inscrit une pénalité. Lors de la demi-finale, les Gallois sont rapidement privés de leur capitaine Sam Warburton, expulsé pour placage cathédrale sur Vincent Clerc dès la , mais malgré cette infériorité, ils sont proches de remporter le match, Halfpenny manquant une pénalité du centre du terrain à six minutes de la fin, les Français s'imposant finalement . Lors de la petite finale, il inscrit un essai face à l'Australie qui s'impose .