Faits: A. A.a Par jugement du 11 novembre 2010, le Tribunal correctionnel de l'arrondissement de Lausanne a reconnu X._ coupable de séquestration et enlèvement ainsi que d'infraction grave à la loi fédérale sur les stupéfiants. Il l'a condamné à une peine privative de liberté de deux ans, sous déduction de la détention préventive, à une peine pécuniaire de 360 jours-amende à 30 fr. le jour et a suspendu l'exécution de la peine privative de liberté en fixant un délai d'épreuve de cinq ans. A.b Ce jugement repose, en résumé, sur l'état de fait suivant. Entre 2003 et 2006, X._ a vendu 367,9 g de cocaïne pure. Dans le courant de l'année 2005, il s'est associé à Y._ pour enlever et séquestrer Z._ qui avait dérobé de la drogue à Y._. Ils ont fait appel à deux hommes de main qui ont contraint Z._ à monter dans une voiture. X._, Y._ et un troisième homme les ont suivis dans un autre véhicule. Z._ a été ligoté, emmené dans un appartement à Epalinges puis dans une forêt, avant d'être reconduit dans l'appartement. Durant ce périple, il a été frappé afin qu'il avoue le vol de la drogue, sans qu'il soit établi que X._ ait porté des coups. La séquestration a duré environ quatre heures; la victime a été libérée après que son amie ait rapporté à X._ la marchandise dérobée. B. Statuant le 21 février 2011, la Cour de cassation pénale du Tribunal cantonal vaudois a admis le recours formé par le Ministère public et déclaré sans objet le recours joint déposé par X._. Elle a condamné X._ à une peine privative de liberté de trois ans, sous déduction de la détention préventive, a ordonné l'exécution de la peine à concurrence de six mois et a suspendu l'exécution du solde, avec un délai d'épreuve de cinq ans. Dans ses considérants, la Cour de cassation a observé que les premiers juges avaient estimé qu'une peine privative de liberté de trois ans était adaptée à la culpabilité du recourant mais qu'ils avaient, en violation des art. 42 al. 4 et 47 CP, fractionné cette peine en une peine privative de liberté de deux ans avec sursis complet et en une peine pécuniaire ferme de 360 jours-amende. C. Contre l'arrêt cantonal, X._ a déposé un recours en matière pénale. Il demande principalement la confirmation du jugement de première instance. Subsidiairement, il conclut à ce que sa condamnation soit fixée à une peine privative de liberté de deux ans avec sursis, sous déduction de la détention préventive, et à une peine pécuniaire de 180 jours à trente francs par jour. A titre encore plus subsidiaire, il sollicite l'annulation de l'arrêt cantonal et le renvoi de la cause à l'autorité précédente. En outre, le recourant demande l'assistance judiciaire et l'octroi de l'effet suspensif au recours.