Im Jahr 1964 war Bandini neben John Surtees Stammfahrer im Ferrari-Formel-1-Team. Es sollte seine erfolgreichste Saison werden. Er sammelte 23 WM-Punkte und trug damit entscheidend zum Gewinn der Konstrukteurs-WM für das Team aus Maranello bei. Im August gewann er den Großen Preis von Österreich auf dem Flugplatzkurs in Zeltweg. Eine etwas zweifelhafte Rolle spielte Bandini beim Saisonfinale in Mexiko, als er mit dem B.R.M. des Titelaspiranten Graham Hill kollidierte, dessen Wagen dabei beschädigt wurde. Danach ließ er seinen langsameren Teamkollegen Surtees passieren, sodass sich dieser den Fahrer-WM-Titel sichern konnte.