Faits: A. P._ travaillait en qualité de Y._ auprès de X._. Le 22 septembre 2006, il a été victime d'un accident de scooter qui lui a causé une fracture des plateaux tibiaux interne et externe avec impaction du condyle externe à gauche. Le 19 septembre 2007, l'assuré a déposé une demande de prestations de l'assurance-invalidité auprès de l'Office AI du canton du Valais (ci-après: l'OAI) tendant à l'octroi d'une mesure d'orientation professionnelle ou de rééducation dans la même profession. Dans le cadre de l'instruction de cette demande, l'OAI a recueilli les renseignements médicaux usuels auprès du docteur G._, chirurgien orthopédiste et médecin traitant. Celui-ci a expliqué dans un premier temps que la capacité de travail de l'assuré dans son ancienne activité de Y._ était de 25 %; dans une activité plus adaptée, elle serait vraisemblablement de 50 % (rapport du 30 janvier 2008). Ensuite, il a considéré que si l'assuré reprenait son activité de Y._ tout en l'adaptant dans une certaine mesure à ses limitations fonctionnelles, la capacité de travail serait rapidement de 50 %, puis passerait à 75 % au moins (rapport du 4 mars 2008). Le dossier constitué par la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (ci-après: la CNA) a également été versé à la cause. L'OAI a transmis ces rapports médicaux à son Service médical régional (ci-après: SMR) qui a soumis l'assuré à un examen. Le docteur B._ a diagnostiqué une arthrose post-traumatique débutante et une ankylose post-traumatique du genou gauche (status après fracture des plateaux tibiaux interne, externe et fracture-impaction du condyle externe à gauche; ostéosynthèse, désimpaction et greffe osseuse; arthrolyse arthroscopique du genou gauche), et a conclu à une capacité de travail nulle comme Y._ mais entière dans une activité adaptée (rapport du 16 mai 2008). Dans le cadre du dossier de l'assurance-accidents, le docteur E._, spécialiste en chirurgie, médecin d'arrondissement de la CNA, a examiné l'assuré. Il a conclu à une fracture complexe du plateau tibial et impaction du condyle externe du fémur gauche traitée par réduction ouverte et ostéosynthèse. Comme Y._, l'assuré ne pourrait très probablement pas travailler à plus de 50 %; en revanche, dans une activité adaptée, la capacité de travail était entière (rapport du 23 juillet 2008). Sur la base de ces éléments, l'OAI a refusé la mise en oeuvre d'une mesure de reclassement, tout en octroyant à l'assuré une demi-rente d'invalidité pour la période comprise entre les mois de septembre et décembre 2007, puis une rente entière pour celle comprise entre les mois de janvier et avril 2008 (décisions des 25 mars 2009 et 13 mai 2009). B. B.a Le recourant a déféré ces décisions au Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour des assurances sociales. Il a produit un rapport du docteur L._, médecin traitant et spécialiste en médecine interne, dont il ressortait que l'assuré souffrait d'une boiterie relativement importante. L'activité actuelle de son patient, dont le poste de Y._ avait été aménagé dans une certaine mesure en fonction de son handicap, lui paraissait être pleinement adaptée en tant qu'elle était exercée à 50 % et correspondre au maximum exigible (rapport du 10 juin 2009). Le 1er septembre 2009, la juridiction cantonale a rejeté le recours formé par l'assuré. Ce jugement a été annulé par le Tribunal fédéral, pour violation du droit d'être entendu (arrêt 9C_843/2009 du 30 mars 2010). B.b Malgré la production par le recourant de divers documents tendant à démontrer l'importance de sa boiterie et une capacité de travail réduite (notamment: attestation du docteur F._, spécialiste en médecine du sport et médecine manuelle, du 29 septembre 2009; rapport de la physiothérapeute H._, du 18 septembre 2009; rapport du docteur L._, du 18 septembre 2009), le Tribunal cantonal du canton du Valais, Cour des assurances sociales, a rejeté, par jugement du 21 octobre 2010, le recours de l'assuré et confirmé les décisions de l'OAI des 25 mars et 13 mai 2009. C. P._ interjette un recours en matière de droit public. Il demande l'annulation du jugement cantonal et le renvoi de la cause à la juridiction cantonale, respectivement à l'OAI, pour mise en oeuvre d'une expertise pluridisciplinaire et nouvelle décision. L'OAI conclut au rejet du recours. De son côté, l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se prononcer. 