Wystąpiwszy we wszystkich pięciu meczach Pucharu Sześciu Narodów 2011, w dalszej części sezonu O’Connell otrzymał powołanie na Puchar Świata. W pierwszym spotkaniu nowozelandzkiego turnieju Irlandczycy pokonali USA, zaś sam O’Connell został wybrany najlepszym zawodnikiem meczu. W kolejnym meczu fazy grupowej Irlandia zanotowała historyczne zwycięstwo nad Australią, jednak z dalszym udziałem w turnieju pożegnała się już w ćwierćfinale po porażce z Walią.