כמדינה המארחת, שלחה אוסטרליה משלחת גדולה, בת 314 משתתפים, והגיעה להישגים הגבוהים ביותר עד אז, 35 מדליות, מהן 13 מדליות זהב. הישג זה הקנה לה את המקום השלישי בטבלת המדליות, אחרי ברית המועצות וארצות הברית, דירוג השיא שלה בכל הזמנים.
בקרב המשלחת האוסטרלית בלטו במיוחד השחיינים, שזכו ב-8 מדליות זהב מתוך 13 אפשריות. דון פרייזר זכתה במדליית זהב במשחה ל-100 מטר חופשי, עם שיא עולם חדש (1:02.0 דקות) ובמדליית כסף במשחה ל-400 מטר חופשי, וכן הייתה שותפה לזכייתה של רביעיית השליחות האוסטרלית במשחה ל-4x100 מטר, שאף היא קבעה שיא עולם חדש (4:17.1 דקות). אחת משותפותיה לרביעייה, לוריין קראפ, זכתה במדליית הזהב במשחה ל-400 מטר חופשי, עם שיא אולימפי חדש (4:54.6 דקות), וכן במדליית כסף במשחה ל-100 מטר חופשי. פיית' ליץ', אף היא מאותה רביעייה, השלימה שלישייה אוסטרלית על הפודיום, לאחר שזכתה במדליית הארד במשחה ל-100 מטר חופשי. השחיינית הרביעית, סנדרה מורגן, סיימה במקום השישי במשחה ל-400 מטר חופשי. שחיינית נוספת, בוורלי ביינברידג', סיימה במקום החמישי במשחה ל-100 מטר פרפר. בין הגברים בלט מוריי רוז, שזכה במדליות זהב במשחים ל-400 מטר (עם שיא עולם חדש: 4:27.3 דקות) ו-1500 מטר חופשי, והיה שותף לזכייתה של רביעיית השליחים האוסטרלים במשחה ל-4x200 מטר חופשי, שאף היא קבעה שיא עולם (8:23.6 דקות). חברו לנבחרת השליחים, ג'ון הנריקס, קבע שיא עולם במשחה ל-100 מטר חופשי (55.4 שניות), במשחה שבו גם הזוכים במדליות הכסף והארד היו אוסטרלים - ג'ון דוויט וגארי צ'פמאן. שחיין אוסטרלי נוסף, דייוויד תייל, קבע אף הוא שיא עולם חדש, במשחה ל-100 מטר גב - 1:02.2 דקות. הזוכה במדליית הכסף במשחה זה היה ג'ון מונקטון. שחיינים אוסטרלים נוספים שבלטו במלבורן כללו את קווין אוהלוראן (מקום רביעי ב-400 מטר חופשי), מארי גארטי (מקום רביעי ב-1500 מטר חופשי), טרי גאת'רקול (מקום רביעי ב-200 מטר חזה), ג'ון מרשל (מקום רביעי ב-200 מטר פרפר), ג'ון היירס (מקום חמישי ב-100 מטר גב), גארי וינראם (מקום שישי ב-400 מטר חופשי ומקום שמיני ב-1500 מטר חופשי) ובריאן וילקינסון (מקום שביעי ב-200 מטר פרפר).
האצנית בטי קת'ברט המשיכה את השליטה האוסטרלית בריצות הקצרות, כששחזרה את הישגיה של מרג'ורי ג'קסון מהלסינקי, אף שלא קבעה שיא עולם, והסתפקה בשיא אולימפי בריצת 200 מטר (23.4 שניות). קת'ברט גם הייתה שותפה לזכייתה של רביעיית השליחות האוסטרלית במירוץ ל-4x100 מטר, עם שיא עולם חדש (44.5 שניות). שירלי סטריקלנד, שהייתה שותפה לשיא זה, שמרה על תוארה בריצת 80 מטר משוכות, עם שיא אולימפי חדש - 10.7 שניות. מרלין מת'יוז זכתה בשתי מדליות ארד, בריצת 100 מטר ובריצת 200 מטר, ונורמה ת'רוור זכתה במדליית ארד בריצת 80 מטר משוכות. נבחרת השליחים האוסטרלית ל-400X4 מטר זכתה במדליית כסף, וכך גם הקופץ לגובה צ'ילה פורטר. במדליות ארד זכו הקטור הוגאן (ריצת 100 מטר), ג'ון לנדי (ריצת 1500 מטר) ואל לורנס (ריצת 10000 מטר). אתלטים אוסטרלים נוספים שרשמו הישגים נאים במלבורן כללו את נורמה קרוקר (מקום רביעי בריצת 200 מטר), אלבי תומאס (מקום חמישי בריצת 5000 מטר), דייוויד לין (מקום חמישי בריצת 400 מטר משוכות), גלוריה קוק (מקום שישי בריצת 80 מטר משוכות), מישל מייסון (מקום שישי בקפיצה לגובה), דונלד קין (מקום שישי בהליכה ל-20 ק"מ), ריימונד סמית' (מקום שישי בהליכה ל-50 ק"מ), דייוויד פאוור (מקום שביעי בריצת 10000 מטר), ניל רובינס (מקום שביעי בריצת 3000 מטר מכשולים), קולין רידג'וויי (מקום שביעי בקפיצה לגובה), ננסי בורוויק (מקום שמיני בקפיצה לרוחק) וביל בוצ'ארט (מקום שמיני בריצת 800 מטר).
ג'וני בראון וטוני מרצ'נט זכו במדליית זהב במרוץ אופני טנדם. רוכב נוסף, דיק פלוג, זכה במדליית ארד במרוץ הספרינט, ואילו וורן סקארף סיים במקום הרביעי במרוץ נגד השעון. בחתירה זכו האוסטרלים בשלוש מדליות: סטוארט מקנזי זכה במדליית כסף במקצה היחידים, שמיניית החותרים זכתה במדליית ארד, ואילו מרווין ווד התחרה הפעם בזוגות, עם מארי ריילי, והשניים זכו אף הם במדליית ארד. השייטים רולי טאסקר וג'ון סקוט זכו במדליית כסף בסירת 12 מטר, והצוות האוסטרלי בסירת 5.5 מטר זכה במדליית ארד. כן זכו במדליות ארד המתאגרף קווין הוגארת' וחותרי הקיאק וולטר בראון ודניס גרין, במקצה ל-10,000 מטר. השניים גם סיימו במקום השביעי במקצה ל-1,000 מטר.
אולימפיאדת רומא (1960).
גם בארבע האולימפיאדות הבאות הגיעה אוסטרליה להישגים גבוהים, אף אם לא כמו באולימפיאדה שאירחה.
לאולימפיאדת רומא (1960) שלחה אוסטרליה 188 ספורטאים. המשלחת סיימה עם 22 מדליות, מהן 8 מזהב, שהקנו לה את המקום החמישי בטבלת המדליות.
גם הפעם, נבחרת השחייה הייתה הדומיננטית, והשיגה 13 מהמדליות, כולל חמש מדליות זהב. מוריי רוז שב וזכה במדליית הזהב במשחה ל-400 מטר חופשי, עם שיא אולימפי חדש (4:18.3 דקות), אך הסתפק במדליית כסף במשחה ל-1500 מטר חופשי. במשחה זה ניצח אוסטרלי אחר, ג'ון קונרדס, עם שיא אולימפי משלו - 17:19.2 דקות. קונרדס זכה גם במדליית ארד במשחה ל-400 מטר חופשי. דייוויד תייל שמר על תוארו במשחה ל-100 מטר גב, אף הוא עם שיא אולימפי חדש - 1:01.9 דקות. ג'ון דוויט שיפר את הישגו ממלבורן וזכה במדליית הזהב במשחה ל-100 מטר חופשי, אף הוא עם שיא אולימפי חדש - 55.2 שניות. שחיין אוסטרלי נוסף, נוויל הייז, זכה במדליית הכסף במשחה ל-200 מטר פרפר. נבחרת השליחים ל-100X4 מטר מעורב, בה היו חברים גם תייל והייז, זכתה במדליית כסף, ונבחרת השליחים ל-200X4 חופשי, בה היו חברים גם דוויט, קונרדס ורוז, זכתה במדליית ארד. בקרב הנשים, שמרה דון פרייזר על תוארה במשחה ל-100 מטר חופשי, עם שיא אולימפי חדש (1:01.2 דקות), וכן זכתה במדליית כסף בשני משחי השליחות, ל-100X4 מטר חופשי ו-100X4 מטר מעורב. במשחה ל-400 מטר חופשי הסתפקה במקום החמישי. ג'אן אנדרו, ששחתה עמה במשחה המעורב, זכתה גם במדליית ארד במשחה ל-100 מטר פרפר. שחיינים בולטים נוספים כללו את אילזה קונרדס (מקום רביעי ב-400 מטר חופשי), טרי גאת'רקול (מקום שישי ב-200 מטר חזה), קווין ברי (מקום שישי ב-200 מטר פרפר) וג'ון מונקטון (מקום שביעי ב-100 מטר גב).
האתלט הבולט במשלחת היה הרב אליוט, שקבע שיא עולם חדש בריצת 1500 מטר (3:35.6 דקות). נואל פרימן זכה במדליית כסף בהליכה ל-20 ק"מ, ודייוויד פאוור שיפר את הישגו ממלבורן וזכה במדליית ארד בריצת 10000 מטר. בין האתלטיות בלטה ברנדה ג'ונס, שזכתה במדליית כסף בריצת 800 מטר. הלן פרית' דורגה במקום השישי בקפיצה לגובה) ואנה וויטשק רשמה הישג דומה בהטלת כידון.
נבחרת הרכיבה האוסטרלית זכתה במדליית זהב לראשונה בתולדותיה, ושניים מחבריה, לורנס מורגן וניל לאוויס, זכו גם במדליות הזהב והכסף בתחרות היחידים. המתאגרפים אוליבר טיילור ואנתוני מגידן זכו במדליות ארד. מגידן הפסיד בחצי הגמר למוחמד עלי.
אולימפיאדת טוקיו (1964).
באולימפיאדת טוקיו (1964) השתתפו 234 ספורטאים אוסטרלים, שזכו ב-18 מדליות, מהן 6 מדליות זהב.
דון פרייזר ניצחה בפעם השלישית ברציפות במשחה ל-100 מטר חופשי, עם שיא אולימפי חדש - 59.5 שניות. בנוסף, זכתה במדליית כסף עם נבחרת השליחות ל-100X4 מטר חופשי. שני שחיינים אוסטרלים שברו שיאי עולם - איאן אובריאן קבע תוצאה של 2:27.8 דקות במשחה ל-200 מטר חזה וקווין ברי קבע 2:06.6 דקות במשחה ל-200 מטר פרפר. שניהם זכו גם במדליית ארד עם נבחרת השליחים ל-100X4 מטר מעורב. בוב וינדל, שניצח במשחה ל-1500 מטר חופשי, קבע בו שיא אולימפי חדש - 17:01.7 דקות. וינדל זכה גם במדליית ארד עם נבחרת השליחים ל-100X4 מטר חופשי. שחיין אוסטרלי נוסף, אלן ווד, זכה במדליות ארד במשחים ל-400 ול-1500 מטר חופשי. שחיינים אוסטרלים נוספים שהעפילו למשחי הגמר: ראסל פיגן (מקום חמישי ב-1500 מטר חופשי ומקום שביעי ב-400 מטר חופשי), לינדה מקגיל (מקום חמישי ב-400 מטר מעורב אישי), קים הרפורד (מקום שביעי ב-400 מטר חופשי), ברט היל (מקום שביעי ב-200 מטר פרפר), לין בל (מקום שמיני ב-100 מטר חופשי), פיטר ריינולדס (מקום שמיני ב-200 מטר גב) וטרי באק (מקום שמיני ב-400 מטר מעורב אישי).
בטי קאת'ברט, שנעדרה מאולימפיאדת רומא בשל פציעה, זכתה במדליית הזהב האולימפית הרביעית שלה, הפעם בריצת 400 מטר, בו קבעה שיא אולימפי חדש - 52.0 שניות. באותו מרוץ זכתה אוסטרלית נוספת, ג'ודי אמור, במדליית ארד. מישל בראון זכתה במדליית כסף בקפיצה לגובה, מרילין בלאק זכתה במדליית ארד בריצת 200 מטר, סיימה במקום השישי בריצת 100 מטר, ובמקום השישי עם נבחרת השליחות ל-100X4 מטר. פאם קילבורן זכתה במדליית ארד בריצת 80 מטר משוכות, ואילו רון קלארק זכה במדליית ארד בריצת 10000 מטר, וסיים במקום התשיעי בריצת 5000 מטר ובריצת מרתון. אתלטים אוסטרלים נוספים שבלטו בטוקיו כללו את גארי נוק (מקום רביעי בריצת 400 מטר משוכות), נואל פרימן (מקום רביעי בהליכה ל-20 ק"מ), בוב גרדינר (מקום חמישי בהליכה ל-50 ק"מ), פיטר ואסלה (מקום שביעי בריצת 400 מטר) וטוני קוק (מקום שמיני בריצת 10000 מטר).
את תמונת המדליות השלימו צוות שייטי ה-5.5 מטר שזכו במדליית זהב, הג'ודוקא תאודור בורונובסקיס שזכה במדליית ארד, ונבחרת ההוקי שדה שזכתה במדליית ארד לראשונה בתולדותיה, בעקבות ניצחון על נבחרת ספרד.
אולימפיאדת מקסיקו סיטי (1968).
לאולימפיאדת מקסיקו סיטי (1968) שלחה אוסטרליה 175 ספורטאים, שזכו ב-17 מדליות, מהן 5 מדליות זהב.