לאולימפיאדת אטלנטה (1996) שלחה אוסטרליה משלחת גדולה עוד יותר מזו ששלחה לאולימפיאדת מלבורן, אותה אירחה. המשלחת כללה 424 ספורטאים, שזכו במספר שיא של מדליות - 41, אם כי רק 9 מהן היו מדליות זהב. הישג זה הקנה לאוסטרליה את המקום השביעי בטבלת המדליות (ואת המקום החמישי לפי חישוב כולל של מספר המדליות).
השחייה הייתה הענף המוביל, עם 12 מדליות, מהן 2 מדליות זהב. קירן פרקינס שמר על תוארו במשחה ל-1500 מטר חופשי. סגנו, דניאל קובלסקי, זכה גם במדליות ארד במשחים ל-200 ול-400 מטר חופשי. סקוט מילר זכה במדליית כסף במשחה ל-100 מטר פרפר ובמדליית ארד במשחה השליחים ל-100X4 מטר מעורב, וכן סיים במקום החמישי במשחה ל-200 מטר פרפר. שחיין נוסף, סקוט גודמן, זכה במדליית ארד במשחה ל-200 מטר פרפר. סוזי אוניל זכתה במדליית זהב במשחה ל-100 מטר פרפר, וסיימה במקום החמישי במשחה ל-200 מטר חופשי ובמשחה ל-100 מטר פרפר. סגניתה של אוניל במשחה ל-100 מטר פרפר הייתה פטריה תומאס. שחיינית נוספת, סמנתה ריילי, זכתה במדליית ארד שנייה ברציפות ב-100 מטר חזה, וכן סיימה במקום הרביעי במשחה ל-200 מטר חזה. אוניל וריילי זכו גם במדליית כסף עם נבחרת השליחות ל-100X4 מטר מעורב, ואוניל הייתה שותפה גם לזכייתה של נבחרת השליחות ל-200X4 מטר במדליית הארד. שחיינים אוסטרלים נוספים שבלטו באטלנטה: מתיו דאן (מקום רביעי במשחה ל-400 מטר מעורב אישי ומקום חמישי במשחה ל-200 מטר מעורב אישי), פיל רוג'רס (מקום חמישי במשחים ל-100 ו-200 מטר חזה), אלי אוברטון (מקום חמישי ב-200 מטר מעורב אישי), אמה ג'ונסון (מקום חמישי ב-400 מטר מעורב אישי), מייקל קלים (מקום שישי ב-100 מטר פרפר), שרה ריאן (מקום שישי ב-100 מטר חופשי), נאדין נוימן (מקום שישי ב-200 מטר חזה), ג'וליה גרוויל (מקום שביעי ב-200 מטר חופשי), ניקול סטיבנסון (מקום שביעי ב-100 מטר חזה). נבחרת השליחים ל-200X4 מטר חופשי סיימה במקום הרביעי, ושתי נבחרות השליחים ל-100X4 מטר חופשי סיימו במקום השישי.
נבחרת החתירה הגיעה אף היא להישגים נאים, כשצברה 6 מדליות, מהן 2 מדליות זהב. בתחרויות הגברים, זכתה רביעיית החותרים ללא הגאי במדליית זהב, דייוויד וייטמן ורוברט סקוט זכו במדליית כסף, אנתוני אדוארדס וברוס היקס זכו במדליית ארד, וכך גם רביעיית חותרים נוספת. בתחרויות הנשים, זכו קייט סלאטר ומייגן סטיל במדליית זהב, ורבקה ג'ויס ווירג'יניה לי זכו במדליית ארד.
שני קלעים זכו במדליות זהב, מייקל דיימונד בטראפ וראסל מארק בדאבל טראפ, ודזרי האדלסטון זכתה במדליית ארד בדאבל טראפ. נבחרת הרכיבה זכתה במדליית זהב, וכך גם הטניסאים טוד וודברידג' ומארק וודפורד. רוכבת האופניים מישל פריס זכתה במדליית כסף בספרינט, בראדלי מקגי זכה בשתי מדליות ארד, במרוץ מרדף אישי ובמרוץ מרדף קבוצתי, סטוארט אוגריידי זכה במדליית ארד במרוץ נקודות ולוסי טיילר-שרמן זכתה במדליית ארד במרוץ המקביל לנשים. השייטים מיטש בות' ואנדרו לנדנברגר זכו במדליית כסף בדגם טורנדו, וקולין בישל ודייוויד ג'יילס זכו במדליית ארד בדגם סטאר. הקיאקיסט קלינט רובינסון זכה במדליית ארד במקצה ל-1,000 מטר, ושני צוותי הקיאק האוסטרלים זכו במדליות ארד במקצים ל-500 מטרים: אנדרו טרים ודני קולינס בתחרות הגברים וקטרין בורצ'רט ואנה ווד בתחרות הנשים. כדורעפניות החופים קרי פוטהארסט ונטלי קוק זכו במדליית ארד, שהייתה המדליה הראשונה בענף זה. במדליית ארד נוספת זכה מרים המשקולות סטפן בוטב.
שתי אתלטיות אוסטרליות זכו במדליות כסף: קתי פרימן בריצת 400 מטר ולואיז קארי בהטלת כידון. אתלטים בולטים נוספים כללו את רוהאן רובינסון (מקום חמישי בריצת 400 מטר משוכות), ניקול בוגמן (מקום שמיני בקפיצה לרוחק), ליסה-מארי ויזאניארי (מקום שמיני בזריקת דיסקוס).
בענפי הכדור, בלטה נבחרת הנשים בהוקי שדה, שהשיבה לעצמה את התואר האולימפי, לאחר שגברה במשחק הגמר על קוריאה הדרומית. נבחרת הגברים בענף זה זכתה במדליית הארד, לאחר שגברה על נבחרת גרמניה. נבחרת הנשים בכדורסל זכתה אף היא במדליית ארד, לאחר שהפסידה בחצי הגמר לארצות הברית, וגברה על נבחרת אוקראינה במשחק על מדליית הרביעי. לעומתה, נבחרת הגברים הפסידה במשחק על מדליית הארד לנבחרת ליטא, והסתפקה במקום הרביעי. במדליות ארד נוספת זכתה, לראשונה, נבחרת הסופטבול, לאחר שגברה על נבחרת יפן במשחק על מדליית הארד. נבחרת הבייסבול סיימה במקום השביעי.
נובה פריס הייתה חברה בנבחרת אוסטרליה בהוקי וזכתה איתה במדליה, בכך היא הפכה לילידת אוסטרליה הראשונה שזכתה במדליה אולימפית.
אולימפיאדת סידני (2000).
44 שנים לאחר אולימפיאדת מלבורן, שבו המשחקים האולימפיים לאוסטרליה, והפעם נערכו בסידני. כמדינה המארחת, שלחה אוסטרליה את המשלחת הגדולה בתולדותיה, משלחת שכללה 632 ספורטאים. משלחת זו גם הגיעה להישגים הטובים ביותר אי פעם - 58 מדליות, מהן 16 מדליות זהב, שהקנו לאוסטרליה את המקום הרביעי בטבלת המדליות, אחרי ארצות הברית, רוסיה וסין. המדליות הושגו בלא פחות מ-20 ענפים אולימפיים.
השחיינים האוסטרלים זכו ב-18 מדליות, מהן 5 מדליות זהב. איאן ת'ורפ, אז בן 17, זכה במדליית זהב במשחה ל-400 מטר חופשי, עם שיא עולם חדש (3:40.59 דקות). במשחה ל-200 מטר סיים שני, לאחר פיטר ואן דן הוחנבאנד מהולנד, וזכה במדליית כסף. גרנט האקט זכה במדליית זהב במשחה ל-1500 מטר חופשי, ומנע מקירן פרקינס זכייה שלישית ברציפות בתואר האולימפי, והותיר לו את הזכייה במדליית הכסף. האקט סיים גם במקום השביעי במשחה ל-400 מטר חופשי ובמקום השמיני במשחה ל-200 מטר חופשי. מאט ולש זכה במדליית כסף במשחה ל-100 מטר גב ובמדליית ארד במשחה ל-200 מטר גב. במשחה ל-100 מטר פרפר זכה מייקל קלים במדליית כסף וג'ף היוגיל זכה במדליית ארד. קלים העפיל למשחה גמר נוסף, 100 מטר חופשי, וסיים במקום הרביעי. ג'סטין נוריס זכה במדליית ארד במשחה ל-200 מטר פרפר וסיים במקום השישי במשחה ל-400 מטר מעורב אישי. נבחרות השליחים ל-100X4 מטר חופשי ו-200X4 מטר חופשי, בהן שחו גם ת'ורפ וקלים, שברו את שיאי העולם (3:13.67 דקות ו-7:07.05 דקות, בהתאמה). נבחרת השליחים ל-100X4 מטר מעורב, בה שחו גם היוג'יל, ולש וקלים, זכתה במדליית כסף. שחיינים בולטים נוספים כללו את ריגן האריסון (מקום רביעי ב-200 מטר חזה), ג'וש ווטסון (מקום רביעי ב-100 מטר גב), כריס פידלר (מקום שמיני ב-100 מטר חופשי) וראיין מיטשל (מקום שמיני ב-200 מטר חזה).
סוזי אוניל זכתה במדליית זהב במשחה ל-200 מטר חופשי ובמדליית כסף במשחה ל-200 מטר פרפר, וכן סיימה במקום השביעי במשחה ל-100 מטר פרפר. במשחה ל-200 מטר פרפר זכתה פטריה תומאס במדליית הארד, שגם סיימה במקום הרביעי במשחה לחצי המרחק. שחיינית נוספת, לייזל ג'ונס, זכתה במדליית כסף במשחה ל-100 מטר גב. שלוש השחייניות זכו גם במדליית כסף עם נבחרת השליחות ל-100X4 מטר מעורב, ואוניל ותומאס זכו במדליית כסף נוספת, במשחה ל-200X4 מטר חופשי. שחייניות בולטות נוספות כללו את דיינה קאלוב (מקום שביעי ב-100 מטר חופשי), טארני וייט (מקום שביעי ב-100 מטר חזה) וג'ניפר ריילי (מקום שמיני ב-400 מטר מעורב אישי). נבחרת השליחות ל-100X4 מטר חופשי סיימה במקום השישי.
השייטים האוסטרלים זכו ב-4 מדליות. שני צוותי ה-470 זכו במדליות זהב: ג'ני ארמסטרונג ובלינדה סטוול בתחרות הנשים ומארק טרנבול וטום קינג בתחרות הגברים. דארן באנדוק וג'ון פורבס זכו במדליית כסף בדגם טורנדו, ומייקל בלאקבורן זכה במדליית ארד בדגם לייזר. בנוסף, לארס קלפיץ' סיים במקום הרביעי בדגם מיסטרל, ג'סיקה קריספ סיימה במקום החמישי בתחרות המקבילה לנשים, כריס ניקולסון ודניאל פיליפס סיימו במקום השישי בדגם 49er, וקולין בישל ודייוויד ג'יילס סיימו במקום השביעי בדגם סטאר.
רוכבי האופניים האוסטרלים זכו ב-6 מדליות. ברט אייטקן וסקוט מקגרגור זכו במדליית זהב במרוץ מדיסון, גארי נייוונד זכה במדליית כסף במרוץ קיירין ובמדליית ארד במרוץ הספרינט הקבוצתי, מישל פריס זכתה במדליית כסף במרוץ נגד השעון וסיימה במקום הרביעי במרוץ הספרינט, שיין קלי זכה במדליית ארד במרוץ נגד השעון, ובראדלי מקגי זכה במדליית ארד במרוץ מרדף. רוכבי אופניים בולטים נוספים כללו את אנה וילסון (מקום רביעי במרוץ אופני כביש ובמרוץ נגד השעון), מארי גריגסון (מקום שישי במרוץ אופני הרים) וקאדל אוונס (מקום שביעי במרוץ אופני הרים).
האתלטית קתי פרימן, שהדליקה את הלפיד האולימפי, זכתה במדליית הזהב בריצת 400 מטר וכן סיימה במקום השישי בריצת 200 מטר. טטיאנה גריגורייבה זכתה במדליית כסף בקפיצה במוט וג'אי טאורימה רשם הישג דומה בקפיצה לרוחק. ויקטור צ'יסטיאקוב ודמיטרי מרקוב חלקו במקום החמישי בקפיצה במוט, מלינדה גיינספורד-טיילור סיימה במקום החמישי בריצת 200 מטר, דבורה סוסימנקו סיימה במקום החמישי ביידוי פטיש, נבחרת השליחות ל-400X4 מטר סיימה במקום החמישי, נייתן דיקס סיים במקום השישי בהליכה ל-50 ק"מ ובמקום השמיני בהליכה ל-20 ק"מ, פיטר בורג סיים במקום השישי בקפיצה לרוחק, ג'יין סאוויל סיימה במקום השביעי בהליכה ל-20 ק"מ, נבחרת השליחים ל-400X4 מטרים סיימה במקום השביעי, רץ המרתון סטיב מונגטי סיים במקום השמיני וכך גם זורקת הדיסקוס ליסה-מארי ויזאניארי.