Sachverhalt: A. X._ wurde am 14. Dezember 2007, neben fünf weiteren Personen, die in der Zwischenzeit alle rechtskräftig verurteilt worden sind, auf dem Flughafen in Zürich wegen Verdachts auf unerlaubte Einfuhr von Betäubungsmitteln verhaftet. Mit Anklageschrift vom 25. Juni 2009 wurde er an das Bezirksgericht Bülach zur gerichtlichen Beurteilung überwiesen, wobei ihm die Staatsanwaltschaft Winterthur/Unterland unter anderem zur Last legte, im bewussten und arbeitsteiligen Zusammenwirken mit A._, B._, C._, D._ (Kurierin) und E._ (Kurier) die Einfuhr von 23,26 Kilogramm reinen Kokains (zweimal je ca. 15 Kilogramm Kokaingemisch) aus der Dominikanischen Republik am 14. Dezember 2007 organisiert zu haben. Die einzelnen Strafverfahren gegen die Beteiligten wurden von der Staatsanwaltschaft getrennt geführt und in der Folge an das Bezirksgericht Bülach überwiesen. Sie stützte ihre Anklage insbesondere auf die Aussagen von A._, C._ und B._ sowie auf die Aussagen von Verhagen. Die Staatsanwaltschaft beantragte wegen qualifizierter Widerhandlungen gegen das Betäubungsmittelgesetz (BetmG) eine Freiheitsstrafe von neun Jahren. B. Das Bezirksgericht Bülach verurteilte X._ am 29. Oktober 2009 wegen qualifizierter Widerhandlung gegen Art. 19 Ziff. 1 Abs. 3 in Verbindung mit Art. 19 Ziff. 2 lit. a BetmG zu 8 Jahren Freiheitsstrafe. Auf seine Berufung hin bestätigte das Obergericht des Kantons Zürich am 12. Mai 2010 dieses Urteil. C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, das obergerichtliche Urteil aufzuheben, die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen und ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren. Obergericht und Staatsanwaltschaft des Kantons Zürich verzichten auf Vernehmlassung. 