Het hoogtepunt van zijn carrière waren de Olympische Spelen van 1936 in Berlijn. Daar werd hij derde op de 100 m en 200 m, die beide gewonnen werden door Jesse Owens. Tinus Osendarp werd alom omschreven als "de snelste blanke" en werd in Nederland als een held ingehaald. Twee jaar later evenaarde hij de prestatie van Berger door op het EK in Parijs de beide sprintafstanden te winnen. In zijn gehele atletiekcarrière veroverde hij op de sprintnummers in totaal vijftien nationale titels. Osendarp liep in 1944 zijn laatste NK atletiek.