Under OL 2004 i Athen gjentok Argentina det gode mønsteret ved å slå ut USA i semifinalen. 28. august 2004 vant Argentina finalen mot Italia, og Ginóbili ble valgt til OL-turneringens beste spiller. Denne dagen ble Argentinas beste OL-dag noensinne, samme dag vant også OL-gull. Dette var landets første olympiske gullmedaljer siden OL 1952 i Helsingfors.