建設工事は大倉土木株式会社（現：大成建設株式会社）が行い、スタンド観覧席9,000人、芝生観覧席22,000人、合計31,000人の収容人数で10月22日に竣功しました。スタンドは鉄筋コンクリート造り、階段数35段、中央は特別観覧席、その他は全て一般観覧席とし、中央最前方に29の新聞記者席を設けました。スタンドの階下には、玄関、事務室、新聞記者室、入口4箇所、選手室4室、浴室2室、一般食堂2室、切符売場6箇所、選手出場路2箇所などを、また出場口に隣接して、プレーヤーズベンチと役員控所を設けました。外野観覧席背後に設置したスコアボードは、遠方からボタンを押す事により、得点・カウントなどを自動的に表示できる、当時としては近代的なものでした。また、モーターサイレン（電鈴）を貴賓席屋根下に設置し、試合開始の合図に使用しました。なお、当時は拡声器の設備がなく出場選手名の告知は、場内係員が表示板を担いで、スタンドの前を歩いて知らせていました。

内野スタンドを外側に約7m拡張し、スタンド12段を増設、スタンド下はアーケード型通路にして観客の出入りを便利にしました。外野スタンドは芝生観覧席の傾斜にならい約20m拡張し、鉄筋コンクリート製のスタンド21段を増設、その下は、内野スタンドと同じくアーケード型通路としました。この結果、内・外野スタンドは従来より約2倍の高さとなり約58,000人の収容能力をもつ大球場に生まれ変わりました。また、この時初めて拡声器が設備され、出場選手名が放送されるようになりました。5月9日に竣功し、翌日の5月10日に行われた東京六大学野球リーグ戦には70,000人の群衆が押し寄せました。

終戦直後の9月18日に進駐軍専用野球場として接収された神宮球場は、STATESIDE PARK（ステートサイド・パーク）と名付けられました。翌1946年5月より空襲により被災した球場の修復工事を行い、8基の照明塔が新設（1955年に撤去）。使用許可を得る形で学生野球も復活、1949年のサンフランシスコ・シールズとの日米親善試合や1950年の第1回プロ野球日本選手権試合シリーズ（日本シリーズ）第1戦の開催などを経て1952年3月31日に接収解除となりました。

1964年に開催する東京オリンピックの整備計画のために駒沢球場が取り壊されることになった東映フライヤーズ（現：北海道日本ハムファイターズ）と前年の12月25日に球場使用契約を締結。折りたたみ式ラッキーゾーン設置、照明塔6基設置、正面メインスタンド増改築など、プロ野球の使用に合わせた改修を行いました。同年東映フライヤーズはパ・リーグ優勝、阪神タイガースとの日本シリーズのうち、第3戦と第4戦を神宮球場で行いました。

4月1日、これまで後楽園球場を本拠地としていた国鉄スワローズが本拠地として使用開始。翌1965年に東映フライヤーズが本拠地を後楽園球場に変更したためスワローズ単独での本拠地となりました。その後1967年のスタンドとグラウンドの改築では、ラッキーゾーンを廃止し、両翼100mを91mに中堅を従来より2m長い120mとしました。1971年には軟式野球場の敷地に室内練習場を新設しています。

3月に外野の芝生席が全面的にプラスチック製の椅子席となったこの年の10月4日、神宮球場を埋めた43,000人の大観衆の前で、広岡達朗監督率いるヤクルトスワローズが、球団創設29年目、神宮球場を使用して17年目にしてセ・リーグ初優勝を飾りました。阪急ブレーブスとの日本シリーズは後楽園球場を本拠地に行われ、4勝3敗で初の日本一に輝きました。

旧スコアボードの老朽化が激しくなり、後楽園球場、横浜スタジアム、西武球場に次いで4番目に電光式スコアボードを採用しました。センター後方のメインスコアボード（29×18m）は、使用ランプ数約4万個で、バックネット裏のサブスコアボード（7×1.8m）は、使用ランプ数2,520個でした。両チーム18名の打率・ホームラン数、各イニングのヒット数、試合経過時間を表示、ジャッジ判定は、エラー（E）、野選（Fc）の該当ポジションを表示できました。また、ストライク・ボール・アウト（SBO）を数字で表示し、6.6×8.6mの電光スクリーンに選手写真などの静止画や動画、他球場の途中経過などのメッセージを表示できるようになりました。

西ドイツ製の透水性サラン人工芝を採用。当時ヨーロッパのサッカー場110ヶ所で使用されていましたが、野球場で使用されるのは世界で初めての試みでした。特徴は、透水性アスファルトコンクリートを使用し水はけを良くし、人工芝の下に網状アンダーマットを使用しているため、選手の足腰に対する衝撃を緩和できました。また、天然芝に近い球速・バウンドを実現したため、エンタイトルツーベースが少なくなりました。また、この年の10月20日にはヤクルトスワローズファン感謝デーが初開催され、以降毎年シーズン終了後に開催されています。

甲子園で活躍した早稲田実業・荒木大輔選手がヤクルトスワローズに入団し、熱狂的なファンから守るため、クラブハウスから球場に通じる地下通路を新設しました。

グラウンドの照度アップと設備の近代化を図るため、1985年に内野、1986年に外野の照明塔設備改良工事を実施し、テーパーポール2本柱、グラウンド寄りに10mのはね出し方式を採用し、照明効率を良くした現在の形の照明塔となりました。

神宮球場を本拠地として30年、野村克也監督率いるヤクルトスワローズが、混戦のペナントレースを制し14年ぶり2度目のセ・リーグ優勝を果たしました。西武ライオンズとの日本シリーズはスワローズとして初めて神宮球場を本拠地として開催。第1戦の延長12回裏に杉浦享選手が日本シリーズ史上初となる代打サヨナラ満塁本塁打を放つなど、全7試合中4試合が延長戦という歴史に残る名シリーズは、岡林洋一投手が3試合に完投、合計430球の熱投をみせるなど最後まで西武ライオンズを苦しめましたが3勝4敗で惜しくも日本一を逃しました。

サヨナラ本塁打5本の日本記録を打ち立てたハウエル選手をはじめとする前年同様の強力打線に加え、新人の伊藤智仁投手の躍動、高津臣吾投手が抑えに定着するなど勝利を積み重ね、10月15日に神宮球場で球団史上初のリーグ連覇を決めると、西武ライオンズとの再戦となった日本シリーズでは、この年ケガから復帰の川崎憲次郎投手が2勝を挙げる活躍で、前年の雪辱を果たし4勝3敗で15年ぶり日本一の座に輝きました。

外野フェンスに金網が設置され、スコアボード改修と広告塔の新設が行われたこの年、阪神タイガースから移籍のオマリー選手や新加入のブロス投手らの活躍で、9月30日に神宮球場で2年ぶり4度目のセ・リーグ優勝を飾ります。イチロー選手を中心にパ・リーグを制覇したオリックス・ブルーウェーブとの対戦となった日本シリーズでは3勝1敗で迎えた第5戦を3対1で制し、2年ぶり3度目、神宮球場では初となる日本一を達成しました。

田畑一也投手、吉井理人投手、石井一久投手を先発の軸に、高津臣吾投手、伊藤智仁投手のダブルストッパーで固めた投手陣と、新外国人ホージ―選手が本塁打王、広島東洋カープから加入の小早川毅彦選手らベテランも活躍し、開幕から1度も首位の座を明け渡すことなく球団初の完全独走優勝を9月28日に神宮球場で達成。1993年以来3度目の対戦となった西武ライオンズとの日本シリーズでは、1勝1敗で舞台を移した神宮球場で3連勝、2年ぶり4度目の日本一の座を手にしました。

現役時代「小さな大打者」「ミスタースワローズ」と呼ばれた若松勉監督が野村克也監督よりチームを引き継いで3年目のこの年、4番に座ったペタジーニ選手が本塁打と打点の2冠、藤井秀悟投手が最多勝、高津臣吾投手が最優秀救援投手に選ばれる活躍で4年ぶりに悲願のリーグ優勝を成し遂げました。大阪近鉄バファローズと初対戦となった日本シリーズでは、本拠地神宮球場で全勝するなど、4勝1敗で5度目の日本一に輝きました。

11月4日、明治神宮外苑創建80年記念奉納試合として、東京六大学選抜と東京ヤクルトスワローズが対戦。1回表に青木宣親選手（早稲田大学OB）の四球を足がかりに先制するも、その裏に藤井秀悟投手（早稲田大学OB）が大引啓次選手（法政大学）に先頭打者本塁打を浴びるなど拮抗した試合となりますが、7回表に田中浩康選手（早稲田大学OB）の適時打で勝ち越した東京ヤクルトスワローズが3対2で勝利。神宮球場ならではの対決に、スタンドはおおいに盛り上がりました。

これまでの両翼91mから97.5mにグラウンドが拡張されたほか、スコアボードが全画面フルカラーLEDとなり、ロングパイル人工芝への張り替え、バックネットを鋼製から繊維に変更し視認性を高めるなど、大幅にリニューアルしました。

1塁側／3塁側内野席にウッドデッキ調のボックスシート（Ponta ドリームシート）が新設されたこの年、小川淳司監督の下でセ・リーグ2位となった東京ヤクルトスワローズは、2007年から導入されたクライマックスシリーズファーストステージを初めて神宮球場で開催。セ・リーグ3位の読売ジャイアンツを2勝1敗で破りファイナルステージに進出しました。

前年に登場したボックスシート（Ponta ドリームシート）の上段に2席ずつの特別シート（Ponta ペアシート）を新設。翌2013年にはライトスタンド上段にカウンター席74席、テーブル席6セット（24席）のウッドデッキ調のシート（セブン-イレブン デッキシート）を新設、さらに2015年には6・8入口近くの最上段部分に4名掛けのテーブルシート（マイナビシート）を新設しました。

3期に分けてシーズンオフに工事を実施、2014年の第1期では正面外装をリニューアル、2015年の第2期は正面スタンド大屋根改修（鉄板→テント膜）と人工芝の張り替え、2016年の第3期は車椅子エリアの移設や外野ネットの改修、一部外野席の座席間隔拡張工事（約3.5cm→約10cm）などを行いました。

就任1年目の真中満監督指揮のもと、史上まれに見る大混戦となったペナントレースの優勝争いから抜け出し、10月2日阪神タイガース戦の延長11回、雄平選手の劇的なサヨナラ打で東京ヤクルトスワローズが14年ぶり7度目のセ・リーグ優勝を決めました。試合後には初めて、神宮球場のグラウンドで祝勝会が行われ、スタンドのファンと共に喜びを分かち合いました。クライマックスシリーズファイナルステージではセ・リーグ3位の読売ジャイアンツを4勝1敗 （1勝のアドバンテージ含む） で破り日本シリーズ進出を決めるも、福岡ソフトバンクホークスと初対決となった同シリーズでは、神宮球場で行われた第3戦で山田哲人選手がシリーズ史上初の同一試合3打席連続本塁打を放つなど見せ場を作ったものの、1勝4敗で日本一とはなりませんでした。