Etter at Neil Lennon ble ansatt som ny manager i Celtic ble O'Dea satt som overflødig, og en låneavtale ble formet mellom Celtic og Leeds i begynnelsen av august 2011 for å gi ham førstelagserfaring. Han ble tildelt både venstreback- og midtstopperplass, og scoret sitt første mål for klubben den 18. oktober 2011 i en seriekamp hjemme mot Coventry City FC (1–1). O'Dea etablerte seg raskt på midtstopperplass hos Leeds og uttalte at han håpet på en permanent overgang, men Leeds' manager Neil Warnock avkreftet at de ville hente ham etter sesongslutt.