Sachverhalt: A. Das Bezirksgericht Zürich sprach X._ im abgekürzten Verfahren der mehrfachen qualifizierten Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz schuldig und verurteilte ihn zu einer Freiheitsstrafe von vier Jahren. Das Obergericht des Kantons Zürich wies die von X._ erhobene Berufung mit Beschluss ab. B. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, der Beschluss des Obergerichts und das Urteil des Bezirksgerichts seien aufzuheben. Die Akten seien an die Staatsanwaltschaft zur Durchführung des ordentlichen Verfahrens zurückzuweisen. Eventualiter sei der angefochtene Beschluss aufzuheben und die Sache zur neuen Entscheidung an das Obergericht zurückzuweisen. X._ ersucht um unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung. C. Das Obergericht und die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich verzichten auf eine Vernehmlassung.