10月10日是大會開幕日。陰沉了一星期之久的天氣突然放晴，陽光遍照東京都，人們沉浸在節日氣氛中。下午2時，東京國立體育場舉行了奧運會開幕式。日本天皇裕仁及政府官員、國際奧委會主席布倫戴奇等出席了開幕式。美國發射了"辛科姆"衛星，向世界各地轉播，這在奧運會史上還是第一次。1964年是現代奧林匹克運動復興70週年，為了紀念顧拜旦這位創始人，播放了他在1936年奧運會上的法語講話錄音："奧運會重要的不是勝利，而是參加；生活的本質不是征服(索取)，而是奮鬥。"

    整個開幕儀式隆重、壯觀。藍天上，8千隻白鴿上下翱翔，5架飛機淩空盤旋，用煙花繪出了五環標誌；看臺上，9萬名觀眾心情激奮，人聲鼎沸。本屆奧運會進行了盛大的火炬接力跑活動。8月21日火炬于奧林匹亞點燃，9月9日空運到日本本土鹿兒島，然後分四路傳遞。參加火炬接力的全是16至20歲的青年組成的火炬隊，每隊中主火炬1人，副火炬2人，伴跑20人，總共約20萬人。四條路線全長84公里。最後點燃奧林匹克火焰的是日本19歲的早稻田大學學生坂井義則。他出生於廣島原子彈爆炸那天(1945年8月6日)。奧林匹克火焰是和平的象徵，由坂井點燃火焰，其用意是非常明顯的。宣佈本屆奧運會開幕的是裕仁天皇，代表運動員宣誓的是日本第一個體操奧運會冠軍小野喬。