Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Zürich erklärte X._ am 10. Mai 2011 zweitinstanzlich der mehrfachen qualifizierten Widerhandlung gegen das Betäubungsmittelgesetz (Anklageziffern 2-6, fünf Transporte) schuldig. Vom Vorwurf betreffend die Anklageziffer 1 (Transport vom 21./22. Dezember 2008) sprach es ihn frei. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der ausgestandenen Haft und des vorzeitigen Strafvollzugs von 729 Tagen zu einer Freiheitsstrafe von 45 Monaten. Das Obergericht geht von folgendem Sachverhalt aus: X._ und A._ transportierten mit Hilfe von Kurieren Kokaingemisch von Holland nach Zürich, um es in der Schweiz verkaufen zu lassen. Die beiden waren für das Beschaffen des Kokains, das Organisieren der Kuriere und den Rücktransport des Erlöses aus dem Kokainhandel nach Holland verantwortlich. In der Schweiz war B._ für die Betreuung der Kuriere, deren Unterbringung sowie die Entgegennahme resp. das Lagern des in die Schweiz transportierten Kokains zuständig. Insgesamt organisierte X._ in Zusammenarbeit mit A._ und B._ fünf Kokaintransporte, die am 19./20. Februar 2009 (mind. ca. 490 Gramm Kokaingemisch, Reinheitsgrad ca. 5.7 %) und am 26./27. März 2009 (712 Gramm Kokaingemisch, Reinheitsgrad zwischen 5.7 % und 7.1 %) durch den Kurier C._, am 9. Februar 2009 (ca. 530 Gramm Kokaingemisch, Annahme Reinheitsgrad 5.1 %) und am 22./23. März 2009 (925 Gramm Kokaingemisch, Reinheitsgrad 5.1 %) durch die Kurierin D._ sowie am 1. Februar 2009 durch die Kuriere E._ und einen Unbekannten (insgesamt ca. 900 Gramm Kokaingemisch, Annahme Reinheitsgrad 5.1 %) durchgeführt wurden. B. X._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, die Dispositiv-Ziffern 1 (Bandenmässigkeit) sowie 3 (Strafpunkt) des Urteils des Obergerichts des Kantons Zürich seien aufzuheben. Er sei vom Vorwurf der bandenmässigen Tatbegehung freizusprechen und mit einer Freiheitsstrafe von maximal 16 2/3 Monaten zu bestrafen, unter Kosten- und Entschädigungsfolgen. Zudem ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung. 