次に1964年（昭和39年）夏季大会開催地に立候補し、1959年（昭和34年）5月26日に西ドイツのミュンヘンにて開催された第55次IOC総会において欧米の3都市を破り開催地に選出された。

得票数は東京が半数を超える34票、アメリカ合衆国のデトロイトが10票、オーストリアのウィーンが9票、ベルギーのブリュッセルが5票だった。特に、総会での立候補趣意演説を行なった平沢和重（外交官）や、中南米諸国の支持を集めるために奔走した日系アメリカ人の実業家、フレッド・イサム・ワダ（和田勇）、当時都議であった北島義彦、「日本レスリングの父」といわれた八田一朗らの功績が大きかった。和田は育った御坊市で名誉市民第1号となっている。

1957年（昭和32年）当時、日本水泳連盟会長を務め東京招致を主導していた田畑政治は、オリンピック招致費用が2013年現在の価格に換算して約1200億円かかることを懸念していた岸信介首相へ観光収入も見込めると直談判した[3]。

1964年夏季オリンピック 開催地投票都市国投票数
東京 日本34
デトロイト アメリカ合衆国10
ウィーン オーストリア9
ブリュッセル ベルギー5

開催が決定した日本では「東京オリンピック組織委員会」（会長：津島寿一、事務総長：田畑政治）が組織され、国家予算として国立競技場をはじめとした施設整備に約164億円、大会運営費94億円、選手強化費用23億円を計上した国家プロジェクトとなった[注釈 2]。

開催にあたり、組織委員会は巨大な東京オリンピック公式ポスターを都市部に設置、デザインは亀倉雄策が手掛けた。

組織委員会では、津島と田畑が第4回アジア大会参加問題で1962年10月に引責辞任。後任に安川第五郎が組織委員会会長、与謝野秀が事務総長となった[4][5]。政府側でも、オリンピック担当国務大臣を設け川島正次郎が就き、1964年7月第3次池田内閣で河野一郎が就任した。
実施競技と日程

各競技の詳細については、それぞれの競技のリンク先を参照のこと。

競技名 / 日付（10月）101112131415161718192021222324
開会式?
陸上競技????????
競泳競技
飛込競技????????
水球???????
体操??????
柔道????
レスリング????????
自転車競技??????
バレーボール???????????
バスケットボール???????????
サッカー?????????
ボクシング????????????
ボート?????
セーリング???????
カヌー???
フェンシング???????????
ウエイトリフティング???????
ホッケー????????????
近代五種競技?????
馬術???????
射撃?????
閉会式?

公開競技

男子野球

デモンストレーション

武道

ハイライト開会式で整列する各国競技団マラソンで先頭を走るアベベ（甲州街道）甲州街道上り、味の素スタジアム。1964年東京オリンピックマラソン折り返し地点。調布市甲州街道下り、小金井街道入口交差点。1964年東京オリンピック50 km競歩折り返し点。府中市緑町閉会式

10月10日

開会式

詳細は「1964年東京オリンピックの開会式」を参照

10月11日

重量挙げバンタム級で一ノ関史郎が銅メダル獲得。日本勢初のメダル。


10月12日

重量挙げフェザー級で三宅義信が優勝。


10月13日

水泳競技男子100m自由形で、ドン・ショランダーが優勝。


10月14日

水泳競技女子100m自由形で、ドーン・フレーザーが三連覇。

陸上競技男子10000メートル競走で、伏兵ミルズが優勝[注釈 3]。

レスリング、フリースタイルで吉田義勝、渡辺長武、上武洋次郎が優勝。