1964年东京奥运会主会场——代代木国立综合体育馆，是丹下健三结构表现主义时期的顶峰之作，具有原始的想像力，达到了材料、功能、结构、比例，乃至历史观的高度统一，被称为20世纪世界最美的建筑之一。日本现代建筑甚至以此作品为界，划分为之前与之后两个历史时期。而他本人也赢得日本当代建筑界第一人的赞誉。

东京代代木国立室内综合体育馆是为第18届奥运会修建的。体育馆总用地面积 9．1公顷，南北有近6米的高差。第一体育馆为两个相对错位的新月形，第二体育馆为螺旋形，像个大蜗牛，两馆均采用悬索结构，中间的空地形成中心广场。宽敞的人行步道将两馆联系起来，贵宾和管理人员入口在步道的下面。观众人流和车流也巧妙地分开了。

代代木体育馆采用高张力缆索为主体悬索屋顶结构，创造出带有紧张感和灵动感的大型内部空间。其特异的外部形状加之装饰性的表现，可以追溯到作为日本古代原型的神社形式和竖穴式住居，具有原始的想像力。这一设计可以说是丹下健三结构表现主义时期的顶峰之作，其最大限度地发挥出丹下将材料、功能、结构、比例，直至历史观高度统一的杰出才能。该建筑是丹下健三，也是日本现代建筑发展的一个顶点，日本现代建筑甚至以此作品为界，划分为之前与之后两个历史时期。

由于新颖的外部、内部空间手法和功能与结构的巧妙结合，这个作品得到了日本和各国建筑界很高的评价。有人甚至认为这幢建筑是日本现代建筑达到国际水准的标志。丹下健三本人也因此获得了日本建筑学会特别奖及其他国际大奖。当时的奥委会主席布伦戴奇称赞说：“体育激励了建筑师，一方面众所周知，许多纪录在这个比赛馆中产生，这个作品激发了运动员的力量。同时这个比赛深深铭刻在有幸参加大会的人们的记忆中，铭刻在前来观战的追求美的人们的记忆之中”。