Токио серьезно подошел к подготовке к огромному празднику. В преддверии Игр провели значительную реконструкцию города: снесли много старых районов, построили новые автострады, мосты, возвели современные спортивные сооружения, реставрировали старые стадионы и бассейны.
XVIII Игры собрали 5140 атлетов из 93 стран. Впервые в Олимпиаде приняли участие Алжир, Камерун, Берег Слоновой Кости, Конго, Мали, Нигер, Сенегал, Занзибар, Чад, Тринидад и Тобаго, Монгольская Народная Республика, а также Непал. От участия в соревнованиях была отстранена команда Южно-Африканской Республики, за проведение расовой дискриминации. Также были отстранены от соревнований команды Северной Кореи, Индонезии, Барбадоса и Эквадора.
10 октября на олимпийском стадионе собралось около 90 тысяч зрителей. Спортсменов приветствовали император Японии Хирохито и президент оргкомитета Дангоро Ясукава.
Никогда раньше программа Олимпийских игр не была такой обширной. Ее пополнили дзю-до и женский и мужской волейбол. Отличительной чертой этих Игр стала значительно возросшая конкуренция во всех видах состязаний. В ходе соревнований было установлено 77 олимпийских рекордов и 35 мировых.
На Играх 1964 года спортсмены из СССР сохранили свое первенство в неофициальном командном зачете, завоевав 96 медалей, из которых 30 - золотых. Спортсмены США принесли сборной 90 медалей, команда Японии заняла третье место, впервые войдя в тройку лучших.
Японская летняя Олимпиада запомнилась блестящим выступлением советских штангистов. Алексей Вахонин, Рудольф Плюкфельдер, Владимир Голованов и Леонид Жаботинский получили золотые медали, Виктор Куренцов, Юрий Власов и Владимир Каплунов — серебряные.
Советская гимнастка Лариса Латынина завоевала 2 золотые, 2 серебряные и 2 бронзовые медали. Она довела общее количество своих олимпийских наград до 18, став рекордсменом по числу завоеванных медалей.
Впервые на Олимпийских играх для сбора и хранения результатов были использованы компьютеры. Кроме того, впервые с олимпийских арен велась телетрансляция на другие континенты.