Posteriormente comenzó a trabajar en casos relacionados con Al Qaeda y Osama bin Laden, llegando a investigar su relación con los atentados de 1996 en Al Kobhar (Arabia Saudí) y en el 2000 contra el USS Cole.Por fricciones personales que tuvo en su etapa del FBI con el gobierno federal, O'Neill abandonó el cuerpo en 2001.[1] En 1991, O'Neill fue promocionado y trasladado a las oficinas que el FBI tienen en Chicago, donde se convirtió en agente especial asistente.[1] Intrigado por el caso, O'Neill continuó estudiando el bombardeo de 1993 que Yousef había ideado y otra información sobre los militantes islámicos.Participó directamente en la investigación del bombardeo de las Torres Khobar en Arabia Saudí en junio de 1996, que tuvo lugar durante un retiro que O'Neill había organizado en Quantico para los agentes antiterroristas del FBI y la CIA.[3] En 1996 y 1997, O'Neill continuó advirtiendo sobre las crecientes amenazas de terrorismo, diciendo que los gobiernos no apoyaban a los grupos modernos y que había células terroristas operando dentro de los Estados Unidos.O'Neill esperaba participar en las investigaciones al cargo ya que había adquirido un notable conocimiento sobre la red terrorista de Bin Laden.[3] Cuando su amigo Chris Isham, productor de ABC News, organizó una entrevista entre Bin Laden y el corresponsal John Miller, Isham y Miller utilizaron la información recopilada por O'Neill para formular las preguntas.Mientras su equipo investigaba el atentado, O'Neill entró en conflicto con Barbara Bodine, la embajadora de Estados Unidos en Yemen.Esperaba regresar a la península arábiga para continuar la investigación, pero se le impidió hacerlo al recibirse presiones en su contra por parte de Bodine y otros funcionarios.[8] En el Monumento Conmemorativo del National September 11 Memorial & Museum, O'Neill se recuerda en el recinto norte, panel N-63.En cuanto a los libros, aparece referido en: En la polémica serie The Path to 9/11 (2006) fue interpretado por Harvey Keitel.
