Das Bundesgericht zieht in Erwägung:
1. Dem mehrfach einschlägig vorbestraften und selber nicht süchtigen Beschwerdeführer wird vorgeworfen, im Besitz von insgesamt über 2.1 kg Kokain gewesen zu sein, welches er aus rein finanziellen Gründen für Fr. 57.-- pro Gramm hätte verkaufen sollen. Der Reinheitsgrad des Kokains betrug 24 bis 39 %. Der Beschwerdeführer übergab davon Proben an nicht näher bekannte Abnehmer, wofür er wegen der schlechten Qualität allerdings kein Geld erhielt.
Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte den Beschwerdeführer im Berufungsverfahren am 29. Juni 2010 wegen Verbrechens im Sinne von Art. 19 Ziff. 1 Abs. 3 - 5 BetmG in Verbindung mit <ref-law> zu 41 Monaten Freiheitsstrafe. Der Vollzug wurde nicht aufgeschoben.
Mit Beschwerde ans Bundesgericht beantragt der Beschwerdeführer, er sei mit einer Freiheitsstrafe von nicht mehr als 36 Monaten zu sanktionieren. Seiner Ansicht nach wurde das Verschulden durch die kantonalen Richter in zu gravierender Weise gewürdigt, um so einen teilbedingten Vollzug der Strafe nicht prüfen zu müssen (Beschwerde S. 2 Ziff. I).
2. Gemäss <ref-law> misst der Richter die Strafe nach dem Verschulden des Täters zu. Er berücksichtigt das Vorleben, die persönlichen Verhältnisse und die Wirkung der Strafe auf das Leben des Täters. Die Bewertung des Verschuldens wird in <ref-law> dahingehend präzisiert, dass es nach der Schwere der Verletzung oder Gefährdung des betroffenen Rechtsgutes, nach der Verwerflichkeit des Handelns, den Beweggründen und Zielen des Täters sowie danach bestimmt wird, wie weit der Täter nach den inneren und äusseren Umständen in der Lage war, die Gefährdung oder Verletzung zu vermeiden. Es liegt im Ermessen des Sachrichters, in welchem Umfang er die verschiedenen Strafzumessungsfaktoren berücksichtigt. Das Bundesgericht greift in die Strafzumessung nur ein, wenn der Sachrichter den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn er von rechtlich nicht massgebenden Gesichtspunkten ausgegangen ist oder wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. in Überschreitung oder Missbrauch seines Ermessens falsch gewichtet hat (<ref-ruling> E. 2.1).
In Anwendung von <ref-law> kann auf die ausführlichen und überzeugenden Ausführungen der kantonalen Richter zur Strafzumessung verwiesen werden (vgl. angefochtenen Entscheid S. 5 - 9 mit Hinweis auf das Urteil des Bezirksgerichts Zürich vom 20. Januar 2010 S. 3 - 9). Was daran gegen das schweizerische Recht im Sinne von <ref-law> verstossen könnte, ist nicht ersichtlich.
Was der Beschwerdeführer vorbringt, hat er zur Hauptsache bereits im kantonalen Verfahren geltend gemacht, und die Vorinstanz hat sich dazu in zutreffender Weise geäussert (vgl. insbesondere angefochtenen Entscheid S. 7 - 9 E. 3). Das Bundesgericht hat dem nichts beizufügen.
Im Übrigen wird durch die sorgfältige Begründung widerlegt, dass die kantonalen Richter das Verschulden nur deshalb als beträchtlich eingestuft hätten, um sich nicht mit der Frage einer teilbedingten Strafe auseinandersetzen zu müssen. Aus dem Umstand, dass sie die drei einschlägigen Vorstrafen als erheblich straferhöhend berücksichtigten, ist denn auch nicht zu schliessen, dass sie der Ansicht gewesen wären, "einschlägige Vorstrafen (würden) den Anspruch auf eine teilbedingte Strafe ... von vornherein zunichte machen" (Beschwerde S. 4).
Gesamthaft gesehen ist die ausgefällte Strafe nicht zu beanstanden und die Beschwerde im Verfahren nach <ref-law> abzuweisen.
3. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>). Das nachträglich gestellte Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist in Anwendung von <ref-law> abzuweisen, weil die Rechtsbegehren aussichtslos erschienen. Der finanziellen Lage des Beschwerdeführers ist bei der Bemessung der Gerichtsgebühr Rechnung zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 800.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. November 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre C. Monn