Faits: A. Y._ et Z._ (les bailleurs), d'une part, et X._ (le locataire), d'autre part, sont liés par un contrat de bail à loyer portant sur un appartement de deux pièces, sis à la rue ..., à Genève. En dernier lieu, le loyer mensuel s'élevait à 488 fr., charges comprises (par 98 fr.). L'échéance contractuelle a été fixée au 31 août de chaque année, le contrat se renouvelant tacitement d'année en année. Selon le contrat de bail, le locataire, qui exerce la profession de restaurateur, est autorisé à sous-louer le logement à un membre de son personnel, en dérogation de l'art. 6 des conditions générales et règles et usages locatifs appliqués dans le canton de Genève (édition 1986), intégrés au contrat. A partir d'août 2005, l'appartement a été sous-loué avec des meubles de seconde main. Le sous-locataire, bien que cuisinier, n'a jamais travaillé pour le sous-bailleur. Celui-ci n'a pas avisé les bailleurs de la sous-location. Le 2 décembre 2005, les bailleurs, informés de la sous-location, ont écrit au locataire pour requérir des informations quant à la sous-location, en lui demandant de produire, cas échéant, copie du contrat de sous-location. Le 10 du même mois, le locataire a confirmé avoir mis l'appartement loué à disposition d'un tiers, qui, à ses dires, travaillait occasionnellement pour lui. Il joignait une lettre datée du 10 août 2005, qui confirmait la mise à disposition de l'appartement meublé, moyennant une retenue de 700 fr. par mois pour cette occupation; cette lettre était contresignée par le sous-locataire, A._. Le 15 décembre 2005, le bail a été résilié pour le 28 février 2006 pour de "justes motifs". A l'appui de la résiliation était invoquée la sous-location non autorisée et consentie à des conditions abusives selon l'art. 262 CO. B. Le congé a été qualifié d'inefficace par le locataire, qui a contesté sa validité auprès de la Commission de conciliation en matière de baux et loyers. Cette autorité a parallèlement été saisie par les bailleurs d'une requête en évacuation et en paiement de la différence entre le loyer principal et le loyer de sous-location perçu par le locataire. Non conciliées, les deux causes ont été portées devant le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève, qui les a jointes. Par jugement du 15 décembre 2008, le tribunal a jugé inefficace le congé donné le 15 décembre 2005 pour le 28 février 2006 et débouté les parties de toutes autres conclusions. Les juges ont considéré que l'une des conditions d'application de l'art. 257f al. 3 CO, à savoir l'avertissement écrit préalable, n'était pas réalisée. Les bailleurs ont demandé la révision de ce jugement, au motif que le Tribunal des baux et loyers n'avait pas statué sur leurs conclusions en évacuation et en paiement. Ils ont déposé parallèlement un appel auprès de la Cour de justice. L'instruction de l'appel a été différée jusqu'à droit connu sur la révision. Par jugement du 20 avril 2009, la demande en révision a été rejetée. Les bailleurs ont fait appel de ce jugement. Cet appel a été joint à celui interjeté à l'encontre du jugement du 15 décembre 2008. La Cour de justice s'est prononcée le 21 juin 2010. Elle a déclaré irrecevable l'appel formé contre le jugement du 20 avril 2009 (révision) et condamné les bailleurs à verser à l'Etat de Genève un émolument de 300 francs. Elle est par contre entrée en matière sur l'appel formé contre le jugement du 15 décembre 2008 (inefficacité du congé). Elle a annulé le jugement entrepris et, statuant à nouveau, a constaté la validité du congé extraordinaire notifié, dit qu'aucune prolongation du bail n'est accordée et condamné le locataire à libérer immédiatement de sa personne et de ses biens l'appartement objet du bail et à payer, conjointement au bailleur et à la bailleresse, la somme de 11'256 fr. avec intérêt à 5% dès le 1er mai 2007 et le montant de 512 fr. par mois dès le 28 février 2009 jusqu'à la restitution de l'appartement précité. Le locataire a par ailleurs été condamné à verser un émolument de 300 fr. à l'Etat de Genève. Toutes autres conclusions ont été rejetées. Les considérants de l'arrêt cantonal précité seront repris ci-après dans la mesure utile. Le 24 août 2010, le locataire a demandé la révision du prononcé de la Cour de justice. C. C.a Le locataire (recourant) exerce un recours en matière civile au Tribunal fédéral contre l'arrêt cantonal. Invoquant l'arbitraire dans l'appréciation des preuves, une violation de l'art. 29 Cst. féd., une application arbitraire du principe de l'interdiction de statuer "ultra petita" (art. 154 LPC) et une violation du droit fédéral (plus particulièrement des art. 257f, 262, 267, 271, 423 CO et 2 CC), il conclut à l'annulation de l'arrêt entrepris et à la constatation de l'inefficacité de la résiliation de bail, sous suite de dépens. Subsidiairement, il conclut à l'annulation de la résiliation de bail. Le recourant requiert l'octroi de l'effet suspensif. C.b Par ordonnance présidentielle du 27 septembre 2010, la procédure de recours a été suspendue jusqu'à droit connu sur la demande en révision pendante devant la Chambre d'appel des baux et loyers du canton de Genève. Le 17 janvier 2011, la Chambre d'appel a admis partiellement la demande en révision et annulé certains points du dispositif de l'arrêt du 21 juin 2010. Le montant dû mensuellement par le locataire, à raison de 512 fr., a été ramené à 268 fr., les juges ayant estimé qu'aucun montant n'était dû au titre d'indemnité pour occupation illicite des locaux, à défaut de conclusion formulée sur ce point. Le 9 mars 2011, l'effet suspensif au présent recours en matière civile a été accordé par la Présidente de la 1re Cour de droit civil du Tribunal fédéral.