โอ'ดอนเนลล์ได้รับการคัดเลือกโดยพิตต์สเบิร์ก สตีลเลอร์สด้วยการเลือกอันดับที่ 70 ในการดราฟต์ NFL ปี 1990 ^{[ 5 ]}

ในฐานะผู้เล่นหน้าใหม่ เขาต้องนั่งสำรองอยู่หลังBubby Brister ผู้เล่นตัวจริง และไม่ได้ลงสนามเลยแม้แต่ครั้งเดียว^{[ 6 ]}ในปี 1991 เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นควอเตอร์แบ็กสำรองของทีมอีกครั้ง เขาจะลงมาแทน Brister ในช่วงไดรฟ์หนึ่งในสัปดาห์ที่ 1 ซึ่งทีมชนะSan Diego Chargers 26–20 O'Donnell ส่งบอลสำเร็จ 1 ครั้งจาก 4 ครั้ง การส่งบอลสำเร็จครั้งแรกใน NFL ของเขาคือการส่งบอลทำทัชดาวน์ระยะ 89 หลาให้กับDwight Stone [ ^{7 ] ใน}วันที่ 14 ตุลาคม เขาลงมาแทน Brister ที่ได้รับบาดเจ็บอีกครั้ง ในการลงเล่นเป็นตัวจริงครั้งแรกใน NFL O'Donnell ส่งบอลสำเร็จ 11 ครั้งจาก 21 ครั้ง คิดเป็น 152 หลา และทำทัชดาวน์ 2 ครั้ง ขณะที่ Steelers แพ้ให้กับNew York Giants 23–20 ^{[ 8 ]}เขายังคงลงเล่นเป็นตัวจริงแทน Brister เป็นครั้งคราวเนื่องจากฟอร์มการเล่นที่ไม่ดี โอ'ดอนเนลล์จบฤดูกาล 1991 ด้วยเปอร์เซ็นต์การส่งบอลสำเร็จ 54.5% (156 จาก 286 ครั้ง) คิดเป็น 1,963 หลา ทำทัชดาวน์ได้ 11 ครั้ง และถูกตัดบอล 7 ครั้ง^{[ 9 ]}เขาลงเล่นเป็นตัวจริงในเกมฤดูกาลปกติ 8 เกม และช่วยนำทีมสตีลเลอร์สไปสู่สถิติ 7–9 ซึ่งพลาดการเข้าสู่รอบเพลย์ออฟ^{[ 10 ]}

เมื่อทีม Steelers เริ่มฤดูกาล 1992 หัวหน้าโค้ชChuck Noll ของ Steelers ก็เกษียณ และBill Cowherก็ก้าวเข้ามารับตำแหน่งแทน Cowher ชอบ O'Donnell มากกว่า Brister จึงเลื่อนตำแหน่งให้เขาเป็นควอเตอร์แบ็กตัวจริง^{[ 11 ]}

ในการแข่งขันที่ชนะซานดิเอโก ชาร์จเจอร์ ส 23–6 โอ'ดอนเนลล์ทำสถิติที่ดีที่สุดเกมหนึ่งในอาชีพของเขา โอ'ดอนเนลล์ทำทัชดาวน์ได้ 3 ครั้ง โดยเป็นการส่งบอล 2 ครั้งและการวิ่ง 1 ครั้ง เขาส่งบอลสำเร็จ 17 จาก 24 ครั้ง คิดเป็นระยะ 215 หลา และเสียเทิร์นโอเวอร์เพียงครั้งเดียว^{[ 12 ]}เขาจบฤดูกาลด้วยระยะการส่งบอล 2,283 หลา ทำทัชดาวน์ได้ 13 ครั้ง และเสียอินเตอร์เซปต์ 9 ครั้ง โดยนำทีมสตีลเลอร์สไปสู่สถิติ 11–5 และคว้า แชมป์ดิวิชั่น AFC Centralแต่แพ้ให้กับบัฟฟาโล บิลส์ 24–3 ในเกมเพลย์ออฟระดับดิวิชั่น เมื่อจบฤดูกาล โอ'ดอนเนลล์ได้รับเลือกให้ติดทีมโปรโบว์ล ซึ่งเป็นครั้งเดียวในอาชีพของเขา^{[ 11 ]}

ในปี 1993 เขาจบฤดูกาลด้วยเรตติ้งการส่งบอล 79.4 โดยทำสถิติสูงสุดในอาชีพด้วยการขว้างบอลได้ 3,208 หลา ทำทัชดาวน์ 14 ครั้ง และถูกตัดบอล 7 ครั้ง คิดเป็นเปอร์เซ็นต์การตัดบอล 1.4 ซึ่งต่ำที่สุดเป็นอันดับสองในอาชีพของเขา^{[ 13 ]}ในชัยชนะถล่มทลายเหนือคู่ปรับร่วมดิวิชั่นอย่างซินซินเนติ เบงกอลส์ ในสัปดาห์ที่ 3 โอ'ดอนเนลล์ขว้างบอลสำเร็จ 21 จาก 25 ครั้ง คิดเป็น 189 หลา และทำทัชดาวน์ 3 ครั้ง นำทีมสตีลเลอร์สไปสู่คะแนนสุดท้าย 34–7 ^{[ 14 ]}โอ'ดอนเนลล์สานต่อฤดูกาลนี้ด้วยการขว้างบอลได้ 2,443 หลา ทำทัชดาวน์ 13 ครั้ง และถูกตัดบอล 9 ครั้ง ขณะที่เขานำทีมของเขาไปสู่รอบเพลย์ออฟอีกครั้ง เขาและสตีลเลอร์สเอาชนะคลีฟแลนด์ บราวน์สด้วยคะแนนสุดท้าย 29–9 โดยเขาขว้างบอลสำเร็จ 16 จาก 23 ครั้ง คิดเป็น 186 หลา และทำทัชดาวน์ 2 ครั้ง สตีลเลอร์สแพ้ให้กับซานดิเอโก ชาร์จเจอร์ส ในการแข่งขันชิงแชมป์ AFC ด้วยคะแนน 17–13 เขาทำสำเร็จเพียง 59.3% ของการส่งบอล (32 จาก 54 ครั้ง) คิดเป็น 349 หลา (สูงสุดในอาชีพ) และทำได้ 1 ทัชดาวน์^{[ 15 ]}

เมื่อวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2538 โอ'ดอนเนลล์นำทีมสตีลเลอร์สคว้าชัยชนะในสัปดาห์ที่ 1 เหนือดีทรอยต์ ไลออนส์โดยโยนสำเร็จ 7 ครั้งจาก 10 ครั้ง คิดเป็นระยะ 63 หลา แต่ไม่สามารถทำทัชดาวน์ได้^{[ 16 ]}ระหว่างเกม โอ'ดอนเนลล์ได้รับบาดเจ็บและถูกแทนที่โดยไมค์ ทอมซัค ตัวสำรอง โอ'ดอนเนลล์จะไม่ลงเล่นในฤดูกาลปกติอีกจนกระทั่งเกมที่แพ้ให้กับทีมแจ็กสันวิลล์ จากัวร์ส ทีมที่เพิ่งก่อตั้งใหม่ ด้วยคะแนน 20-16 เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม เขาทำทัชดาวน์แรกของฤดูกาลได้ในเกมนั้น ด้วยการโยนระยะ 18 หลาให้กับสตีฟ เอเวอรี่รัน นิ่งแบ็ก ^{[ 17 ]}เกมที่ดีที่สุดทางสถิติของเขาในฤดูกาลนั้นเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน พ.ศ. 2538 เมื่อสตีลเลอร์สเอาชนะซินซินแนติ เบงกอลส์ ด้วยคะแนน 49-31 โอ'ดอนเนลล์ขว้างได้ 377 หลา ผ่านบอลสำเร็จ 24 จาก 31 ครั้ง และขว้างทัชดาวน์ 3 ครั้ง ซึ่งนับเป็นเกมที่ 4 ของฤดูกาลที่เขาขว้างทัชดาวน์ได้หลายครั้ง^{[ 18 ]}สตีลเลอร์สจบฤดูกาลปกติด้วยสถิติ 11–5 และคว้าแชมป์AFC Centralได้อีกครั้ง ทำให้ทีมได้บายรอบแรกเป็นฤดูกาลที่ 5 ติดต่อกัน

ในการแข่งขันรอบเพลย์ออฟระดับดิวิชั่น โอ'ดอนเนลล์นำทีมสตีลเลอร์สคว้าชัยชนะเหนือบัฟฟาโล บิลส์ด้วยคะแนนสุดท้าย 40–21 ในเกมนั้น โอ'ดอนเนลล์ขว้างลูกทัชดาวน์ให้สตีลเลอร์สขึ้นนำ 14–0 ในช่วงต้นควอเตอร์ที่สอง^{[ 19 ]}ในวันที่ 14 มกราคม โอ'ดอนเนลล์คว้าแชมป์ AFC ครั้งแรกด้วยคะแนน 20–16 เหนืออินเดียนาโพลิส โคลท์ส โอ 'ดอนเนลล์ขว้างลูกทัชดาวน์ระยะ 5 หลาให้คอร์เดลล์ สจ๊วตซึ่งเป็นคะแนนเดียวของเขาในเกมนั้น^{[ 20 ]}

ทีมสตีลเลอร์สได้เข้าสู่รอบชิงชนะเลิศซูเปอร์โบวล์เป็นครั้งที่ 5 ในประวัติศาสตร์ของแฟรนไชส์ ​​ในซูเปอร์โบวล์ XXXเมื่อวันที่ 28 มกราคม 1996 โดยพบกับทีมดัลลัส คาวบอยส์ในระหว่างเกม เขาขว้างลูกทัชดาวน์ 1 ครั้งจากระยะ 6 หลาให้กับแยนซีย์ ทิกเพนและทำสถิติขว้างสำเร็จ 28 จาก 49 ครั้ง ที่น่าอับอายคือ โอ'ดอนเนลล์ขว้าง ลูกอินเตอร์เซป ต์ที่ เกือบจะเหมือนกันถึง 2 ครั้ง ให้กับแลร์รี บราวน์ (โดยครั้งหนึ่งเห็นได้ชัดว่าเกิดจากการที่ อังเดร เฮสติงส์วิ่งผิดเส้นทาง) ซึ่งทำให้ ทีมได้แต้ม ทัชดาวน์ในครึ่งหลัง เขายังขว้างลูกอินเตอร์เซปต์ครั้งที่ 3 ในช่วงท้ายเกมอีกด้วย^{[ 21 ]}การขว้างลูกอินเตอร์เซปต์เหล่านี้ส่งผลเสียต่อทีมสตีลเลอร์สอย่างมาก ทำให้พวกเขาแพ้ไปด้วยคะแนน 27–17 ^{[ 22 ]}

หลังจากจบเกมซูเปอร์โบวล์ โอ'ดอนเนลล์ไม่ได้รับการต่อสัญญากับทีม ทำให้เขากลายเป็นผู้เล่นอิสระเมื่อจบฤดูกาล

เมื่อวันที่ 29 กุมภาพันธ์ 1996 เขาได้เซ็นสัญญา 5 ปี มูลค่า 25 ล้านดอลลาร์กับนิวยอร์ก เจ็ตส์ซึ่งเป็นจำนวนเงินที่มากกว่าที่ได้รับจากพิตต์สเบิร์ก และยังอยู่ใกล้บ้านของเขาในเมดิสัน รัฐนิวเจอร์ซีย์อีก ด้วย

โอ'ดอนเนลล์ได้รับการแต่งตั้งให้เป็นควอเตอร์แบ็กตัวจริงของเจ็ตส์ในฤดูกาล 1996 ^{[ 23 ]} การลงสนาม ครั้งแรกของเขากับทีมนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากช่วงเวลาที่เขาอยู่กับสตีลเลอร์ส โดยเขาขว้างสำเร็จเพียง 7 ครั้งจาก 13 ครั้ง ได้ระยะ 50 หลา และถูกตัดบอล 1 ครั้ง เรตติ้งการขว้างของเขาอยู่ที่ 30.9 ซึ่งเป็นเรตติ้งที่ต่ำที่สุดในอาชีพของโอ'ดอนเนลล์ ขณะที่เจ็ตส์แพ้ให้กับเดนเวอร์ บรองโกส์ 31–6 ^{[ 24 ]}

ในช่วง 6 เกมแรกของฤดูกาล โอ'ดอนเนลล์นำทีมเจ็ตส์ไปสู่สถิติ 0–6 และทำได้เพียง 110 จาก 188 การส่งบอลสำเร็จ คิดเป็นระยะ 1,147 หลา ทำทัชดาวน์ได้ 4 ครั้ง และถูกตัดบอล 7 ครั้ง นอกจากนี้เขายังถูกแซ็คถึง 18 ครั้ง คิดเป็นระยะ 127 หลา เขาได้รับบาดเจ็บที่ไหล่จนต้องพักทั้งฤดูกาลในเกมที่แพ้โอ๊คแลนด์ เรเดอร์ส 34–13 ^{[ 25 ]}

ผลงานของเขาดีขึ้นในฤดูกาลถัดมาภายใต้หัวหน้าโค้ชคนใหม่บิล พาร์เซลส์เขาพาทีมเจ็ตส์คว้าชัยชนะในสัปดาห์ที่ 1 เหนือซีแอตเทิล ซีฮอว์กส์โดยเขาทำสำเร็จ 18 จาก 25 ครั้งในการส่งบอลเป็นระยะ 270 หลาและทำทัชดาวน์ได้ 5 ครั้ง เมื่อเทียบกับเกมเปิดฤดูกาลก่อนหน้า คะแนนการส่งบอลของเขาที่ 146.7 ถือเป็นคะแนนสูงสุดในอาชีพของโอ'ดอนเนลล์^{[ 26 ]}

ในที่สุดเขาก็หมดความโปรดปรานจากพาร์เซลส์และเสียตำแหน่งตัวจริงให้กับเกล็น โฟลีย์ โอ'ดอนเนลล์ปฏิเสธที่จะเจรจาสัญญาใหม่ ซึ่งจ่ายเงินให้เขา 6.65 ล้านดอลลาร์สำหรับฤดูกาลที่จะมาถึง พาร์เซลส์จึงเลือกที่จะยกเลิกสัญญาของโอ'ดอนเนลล์ เขาได้กล่าวในภายหลังว่าเขาไม่เสียใจ โดยกล่าวว่า "มันน่าตื่นเต้น แต่การเปลี่ยนแปลงนั้นยาก ผมจะบอกตามตรง ผมหมายถึงการเปลี่ยนแปลงในห้องล็อกเกอร์ การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม เราอยู่ที่ฮอฟสตรา [มหาวิทยาลัยบนเกาะลองไอส์แลนด์] ซึ่งแย่มาก ผมไม่เคยคิดว่ามันจะส่งผลกระทบต่อผม แต่ทุกเกมเป็นเกมเยือน นั่นคือความรู้สึก มันเป็นการต่อสู้อย่างต่อเนื่องแม้กระทั่งเพื่อให้ได้เล่นเกมเหย้าที่สนามไจแอนท์สเตเดียม " ^{[ 27 ] [ 28 ]}