Fatti:
A. Il 13 luglio 2007 B._, manovale addetto alla sostituzione dei binari in ferrovia, ha presentato domanda di prestazioni AI. Esperiti gli accertamenti del caso, l'Ufficio AI del Cantone Ticino (UAI), con decisioni dell'11 luglio 2008, ha assegnato all'assicurato una rendita intera dal 1° settembre 2007 al 31 gennaio 2008 e una mezza rendita dal 1° febbraio 2008. Adito su ricorso, il Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino, preso atto della risposta con cui l'amministrazione proponeva la retrocessione degli atti per complemento istruttorio e dell'adesione dell'assicurato a tale proposta, ha stralciato dai ruoli - per avvenuta transazione - la causa rinviandola all'UAI per l'esecuzione di ulteriori accertamenti medici, segnatamente di natura reumatologica (decreto del 21 ottobre 2008).
Dopo avere disposto ulteriori accertamenti - di natura reumatologica e psichiatrica a cura, rispettivamente, del dott. X._ e del Centro peritale per le assicurazioni sociali - l'UAI ha confermato il diritto alla rendita intera dal 1° settembre 2007 al 31 gennaio 2008, mentre ha attribuito un quarto di rendita dal 1° febbraio 2008 (decisione del 14 luglio 2010, preavvisata il 2 marzo precedente).
B. B._ si è nuovamente aggravato al Tribunale cantonale delle assicurazioni al quale ha chiesto l'assegnazione ulteriore, in via principale, di tre quarti di rendita e, in via subordinata, di una mezza prestazione. Inoltre ha domandato di essere posto al beneficio dell'assistenza giudiziaria e del gratuito patrocinio. Per pronuncia del 14 aprile 2011 la Corte cantonale, statuendo per giudice unico, ha respinto tutte le richieste.
C. L'assicurato ha presentato ricorso al Tribunale federale al quale ripropone sostanzialmente le domande di prima sede e chiede di essere ammesso al beneficio dell'assistenza giudiziaria e del gratuito patrocinio anche per la sede federale. Dei motivi si dirà, per quanto occorra, nei considerandi.
D. Con decreto del 4 luglio 2011 è stata respinta la domanda di assistenza giudiziaria gratuita formulata con il ricorso.
Non sono state chieste osservazioni al gravame.
Diritto:
1. Il ricorso in materia di diritto pubblico può essere presentato per violazione del diritto, così come stabilito dagli art. 95 e 96 LTF. Il Tribunale federale applica d'ufficio il diritto (art. 106 cpv. 1 LTF; cfr. tuttavia l'eccezione del cpv. 2) e non è pertanto vincolato né dagli argomenti sollevati nel ricorso né dai motivi addotti dall'autorità precedente. Nondimeno, in considerazione delle esigenze di motivazione di cui all'art. 42 cpv. 1 e 2 LTF, esso esamina di principio unicamente le censure sollevate; non è tenuto, come lo è invece un'autorità di prima istanza, ad esaminare tutte le questioni giuridiche possibili, se queste non gli vengono (più) riproposte (DTF 133 II 249 consid. 1.4.1 pag. 254, 545 consid. 2.2). Per il resto, il Tribunale federale fonda la sua sentenza sui fatti accertati dall'autorità inferiore (art. 105 cpv. 1 LTF) e vi si può scostare solo qualora questo accertamento sia avvenuto in modo manifestamente inesatto o in violazione del diritto ai sensi dell'art. 95 LTF (art. 105 cpv. 2 LTF). A prescindere dai casi in cui tale inesattezza sia lampante (DTF 134 V 53 consid. 4.3 pag. 62; 133 IV 286 consid. 6.2. pag. 288 in fine), la parte che intende contestare i fatti accertati dall'autorità inferiore deve spiegare, in maniera circostanziata, per quale motivo ritiene che le condizioni di una delle citate eccezioni previste all'art. 105 cpv. 2 LTF sarebbero realizzate; in caso contrario non si può tener conto di uno stato di fatto diverso da quello posto a fondamento della decisione impugnata (cfr. DTF 133 II 249 consid. 1.4.3 pag. 254 con riferimento).
2. In via preliminare il ricorrente riformula la tesi accennata in sede cantonale secondo cui la decisione amministrativa del 14 luglio 2010, emanata in seguito alla decisione di rinvio del 21 ottobre 2008, avrebbe provocato un peggioramento della sua situazione giuridica (reformatio in peius).
A parte il fatto che il diritto alla prestazione nasce soltanto con la crescita in giudicato del provvedimento e che dunque l'annullamento di una decisione di assegnazione di una rendita e il suo rinvio all'amministrazione per nuovi accertamenti non necessariamente conducono a un peggioramento della situazione giuridica dell'assicurato (v. DTF 137 V 314 consid. 2.2.2 segg. pag. 317 segg.), il ricorrente dimentica che egli ha aderito alla proposta dell'amministrazione di rinviare la causa e che pertanto il suo primo ricorso è stato stralciato dai ruoli per intervenuta transazione. Il che già di per sé osta alla tesi di una reformatio in peius poiché il rinvio (e il conseguente annullamento delle decisioni dell'11 luglio 2008) è avvenuto con il suo consenso (cfr. anche Annette Guckelberger, Zur reformatio in peius vel melius in der schweizerischen Bundesverwaltungsrechtspflege nach der Justizreform, in: ZBl 2/2010, pag. 96 segg., pag. 108 seg.).
3. L'autorità giudiziaria cantonale ha correttamente esposto le norme e i principi disciplinanti la materia, ricordando in particolare le condizioni alle quali è subordinato il riconoscimento di una rendita d'invalidità (art. 4 cpv. 1 e 28 LAI in relazione con gli art. 7 e 8 LPGA), il sistema di confronto dei redditi per l'accertamento del grado d'invalidità di assicurati esercitanti un'attività lucrativa (art. 16 LPGA), il valore probatorio generalmente riconosciuto ai referti medici fatti allestire da un tribunale o dall'amministrazione conformemente alle regole di procedura applicabili (DTF 125 V 256 consid. 4 pag. 261, 351 consid. 3b/ee pag. 353) e gli effetti temporali della riduzione o soppressione di una rendita in caso di prima assegnazione retroattiva decrescente o temporanea (cfr. pure sentenza del Tribunale federale delle assicurazioni I 297/03 del 3 maggio 2005, consid. 1 non pubblicato in DTF 131 V 164, ma in SVR 2006 IV n. 14 pag. 51; DTF 109 V 125). A tale esposizione può essere fatto riferimento e prestata adesione, non senza però ribadire che se la persona interessata non sfrutta in maniera completa e ragionevolmente esigibile la capacità lavorativa residua, il reddito da invalido va determinato alla luce dei dati forniti dalle statistiche salariali come risultano segnatamente dall'inchiesta svizzera sulla struttura dei salari edita dall'Ufficio federale di statistica (DTF 126 V 75 consid. 3b pag. 76 con riferimenti).
4. 4.1 Per giurisprudenza, gli accertamenti dell'autorità giudiziaria di ricorso in merito al danno alla salute, alla capacità lavorativa dell'assicurato e all'esigibilità di un'attività professionale - nella misura in cui quest'ultimo giudizio non si fonda sull'esperienza generale della vita - costituiscono questioni di fatto che possono essere riesaminate dal Tribunale federale soltanto alle severe condizioni sopra esposte (consid. 1; DTF 132 V 393 consid. 3.2 pag. 398). Lo stesso vale anche per la valutazione medica delle risorse psichiche residue di una persona assicurata (cfr. sentenza 9C_1013/2008 del 23 dicembre 2009 consid. 4.1).
4.2 Di per sé, l'accertamento del primo giudice in merito alla capacità lavorativa residua dell'assicurato può essere ritenuto manifestamente inesatto e venir corretto solo nella misura in cui l'istanza inferiore dovesse essere incorsa nell'arbitrio, vietato dall'art. 9 Cost. (cfr. DTF 134 V 53 consid. 4.3 pag. 62; 133 III 393 co su 7.1 pag. 398). Per quanto concerne in particolare l'apprezzamento delle prove, il giudice incorre nell'arbitrio se misconosce manifestamente il senso e la portata di un mezzo di prova, se omette senza valida ragione di tener conto di un elemento di prova importante, suscettibile di modificare l'esito della vertenza, oppure se ammette o nega un fatto ponendosi in aperto contrasto con gli atti di causa o interpretandoli in modo insostenibile (DTF 129 I 8 consid. 2.1 pag. 9).
5. Nella misura in cui contesta - con censure perlopiù di natura appellatoria e, in quanto tali, inammissibili in questa sede (cfr. ad esempio sentenza 9C_339/2007 del 5 marzo 2008 consid. 5.2.3 con riferimento) - la valutazione dell'incapacità lavorativa residua (20%, per ridotto rendimento, in attività sostitutiva confacente allo stato di salute e rispettosa di alcuni limiti funzionali indicati dal dott. X._) operata dal primo giudice nell'esercizio del libero apprezzamento delle prove riservatogli per legge, il ricorrente censura un giudizio su una questione di fatto che, di massima, vincola questo Tribunale. Orbene, questa conclusione non lede nessuna norma di diritto federale, né risulta da un accertamento manifestamente errato o incompleto dei fatti o da un apprezzamento arbitrario delle prove. Senza arbitrio e fondandosi peraltro, tra gli altri, anche sul parere (reumatologico e psichiatrico) di periti esterni, il primo giudice ha spiegato perché dopo l'intervento chirurgico del 1° giugno 2007 (discectomia L4/5 previa fenestrazione a sinistra e foraminotomia) la situazione valetudinaria sarebbe migliorata (cfr. a tal proposito anche il rapporto del curante dott. I._ del 1° ottobre 2007, il quale al punto 6.2 del referto attestò una capacità lavorativa "> 70%" da ottobre/novembre 2007 in attività adeguata) e perché il preteso nuovo peggioramento (nel corso del 2008) non avrebbe trovato riscontro oggettivo. Del resto, lo stesso insorgente ammette di non possedere elementi per contestare la valenza probatoria dei certificati medici su cui si fonda la pronuncia impugnata (v. ricorso pag. 13). Quanto all'asserzione secondo cui, con il passare del tempo, il suo stato di salute e personale "non potrà che peggiorare", si ricorda che, a prescindere dalla pertinenza della previsione, il giudice delle assicurazioni sociali si pronuncia unicamente sulla situazione di fatto prodottasi fino al momento determinante della decisione amministrativa in lite (DTF 132 V 215 consid. 3.1.1 pag. 220; 121 V 362 consid. 1b pag. 366). Il ricorrente non può inoltre seriamente rimproverare al primo giudice di non avere (adeguatamente) tenuto conto alcuno del suo stato mentale. Basti rinviare alla valutazione dei dottori U._ e O._ del Centro peritale per le assicurazioni sociali, i quali nella loro perizia del 26 marzo 2009 hanno sì riscontrato una sindrome da disadattamento in fase iniziale e una lieve deflessione timica, ma comunque senza ripercussioni sulla capacità lavorativa. In merito alla possibile evoluzione futura (positiva qualora si riuscisse a reinserire tempestivamente l'assicurato nel mondo del lavoro, negativa, verso un franco stato depressivo, se la situazione attuale dovesse perdurare), questa, oltre a essere allo stato attuale incerta, non modifica l'esito della valutazione alla luce dei predetti limiti temporali del potere cognitivo di questa Corte. E anche a prescindere da questa considerazione, il fatto, evidenziato dai periti psichiatrici intervenuti, che una evoluzione positiva dello stato valetudinario dipenderebbe dal reinserimento professionale dell'assicurato non rende manifestamente errata e contraddittoria la valutazione del primo giudice per il motivo che lo stesso UAI gli avrebbe negato il diritto a provvedimenti professionali. A parte che l'UAI, nella sua decisione del 14 luglio 2010, ha espressamente riservato la sua disponibilità a finanziare un inserimento qualora l'interessato reperisse un datore di lavoro disposto ad assumerlo previa formazione ad hoc, il ricorrente sottace pure che l'amministrazione gli ha ugualmente prospettato la possibilità di un aiuto al collocamento. E ad ogni modo egli sembra dimenticare che la valutazione del primo giudice a proposito delle attività economiche entranti in linea di conto - ad esempio nel settore secondario e terziario - nonostante il danno alla salute e l'età è conforme alla giurisprudenza e si fonda sulle convincenti conclusioni tratte dalla consulente in integrazione professionale (v. ad esempio rapporto del 17 settembre 2009) - meglio di chiunque altro in grado di emettere una simile valutazione (v. RtiD II-2008 pag. 274 [9C_13/2007] consid. 4.3) - sulla scorta degli accertamenti medici in atti. Valutazione a maggior ragione sostenibile in quanto le professioni (leggere e ripetitive, poco qualificate) indicate sono esercitabili senza necessariamente mettere in atto particolari misure di reintegrazione professionale (cfr. per analogia sentenze 9C_673/2009 del 14 aprile 2010 consid. 6.2, 9C_753/2008 del 26 ottobre 2009 consid. 3.5 e U 463/00 del 28 ottobre 2003 consid. 3.3).
6. Ciò premesso e visto che i dati economici relativi ai redditi con e senza invalidità non sono (più) contestati nei suoi singoli elementi e risultano dagli atti, merita conferma la pronuncia cantonale, senza necessità quindi di disporre ulteriori accertamenti. Ciò vale anche per la negazione dell'assistenza giudiziaria e del gratuito patrocinio da parte del Tribunale cantonale delle assicurazioni, ritenuto che il solo fatto - peraltro per nulla inusuale per l'istanza precedente - che la pronuncia impugnata si estenda su trenta pagine - soprattutto a causa della diffusa esposizione degli atti medici e della giurisprudenza in materia - non rende automaticamente arbitrario il giudizio sulla possibilità di esito favorevole della causa in assenza di altre circostanze - non ravvisabili in concreto - che giustifichino la richiesta (art. 61 lett. f LPGA). Anche per questo motivo non soccorre all'insorgente il richiamo alla sentenza 9C_916/2009 (pubblicata in RtiD I-2011 pag. 223), da lui citata a sostegno della propria tesi.
Ne segue che il ricorso dev'essere respinto. Le spese seguono la soccombenza e sono poste a carico del ricorrente (art. 66 cpv. 1 LTF).
Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 500.- sono poste a carico del ricorrente.
3. Comunicazione alle parti, al Tribunale delle assicurazioni del Cantone Ticino e all'Ufficio federale delle assicurazioni sociali.