O'Dea fikk sin landslagsdebut for som innbytter for Paul McShane i vennskapskampen mot den 8. september 2009 (1–0). Året etter fikk han starte som midtstopper sammen med Richard Dunne i EM-kvalifiseringskampen mot (1–1). O'Dea ble deretter tatt ut i den irske troppen til EM i fotball 2012 i Polen og Ukraina av landslagstrener Giovanni Trapattoni, hvor Irland ble trukket i gruppe C sammen med , og .