Ainda em 1951 e no ano seguinte construiu sua própria casa no Rio de Janeiro. Esta, chamada a Casa das Canoas, nome da estrada em que se encontra, tornar-se muitos anos mais tarde parte da Fundação Oscar Niemeyer. A casa foi tombada em 2007 pelo Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional(IPHAN).
Em meados da década de 50, Oscar Niemeyer atuou, ainda que brevemente, no mercado imobiliário de São Paulo, para o Banco Nacional Imobiliário (BNI). Os edifícios Montreal, Triângulo, Califórnia e Eiffel são fruto de seu escritório montado em São Paulo neste período, sob supervisão do arquiteto Carlos Lemos, também responsável pela finalização e acompanhamento da execução do Edifício Copan. Na mesma época, Oscar Niemeyer também projetou o Edifício Itatiaia, em Campinas.
No Rio de Janeiro, projetou em 1954 a Casa Edmundo Cavanelas, em Petrópolis, que foi usada para ambientação da minissérie "Queridos Amigos" da TV Globo, exibida em 2008. A casa possui uma cobertura apoiada nas quatro extremidades, que lembra um lençol ou uma tenda, de concreto.
Ainda em 1954 projetou, sob encomenda de Juscelino Kubitschek, a Biblioteca Pública Estadual Luiz de Bessa, em Belo Horizonte, inaugurada em 1961. Projetou a Escola Estadual Governador Milton Campos em Belo Horizonte, mais conhecida como Colégio Estadual Central, inaugurada em 1956, cujo conjunto foi tombado pelo Patrimônio Histórico de Minas Gerais.
Em 1955, fundou a revista Módulo, no Rio de Janeiro, uma das mais importantes revistas de arquitetura, urbanismo, arte e cultura da década de 50. Sua produção foi proibida pela ditadura militar em 1965 e só voltou a circular em 1975.
Juscelino Kubitschek, eleito presidente do Brasil em 1956, voltou a entrar em contato com Oscar Niemeyer, desta vez com um projeto político mais ambicioso: mover a capital nacional para uma região despovoada no centro do país. Assim, Juscelino Kubitschek o chama para a direção da Novacap, empresa urbanizadora da nova capital.
Em 1957, Oscar Niemeyer abriu um concurso público para o Plano Piloto de Brasília, a nova capital. O projeto vencedor foi o apresentado por Lúcio Costa, seu amigo e ex-patrão. Oscar Niemeyer, arquiteto escolhido por Juscelino Kubitschek, seria responsável pelos projetos dos edifícios, enquanto Lúcio Costa desenvolveria o plano da cidade.
Brasília foi um grande desafio. A cidade foi construída na velocidade de um mandato, e Oscar Niemeyer teve de planejar uma série de edifícios em poucos meses para configurá-la. Entre os de maior destaque estão a residência do Presidente, Palácio da Alvorada, o edifício do Congresso Nacional, Câmara dos Deputados e Senado Federal, a Catedral de Brasília, os prédios dos ministérios, a sede do governo, Palácio do Planalto, além de prédios residenciais e comerciais.
A determinação de Juscelino Kubitschek foi fundamental para a construção de Brasília, levando para frente sua intenção de desenvolver o centro despovoado do Brasil, a exemplo da marcha do oeste norte-americano: povoar o interior e levar o progresso Brasil adentro.
O projeto de Lúcio Costa, vencedor do concurso, punha em prática os conceitos modernistas de cidade: o automóvel no topo da hierarquia viária, facilitando o deslocamento na cidade, os blocos de edifícios afastados, em pilotis sobre grandes áreas verdes. Brasília possui diretrizes que remetem aos projetos de Le Corbusier na década de 1920 e ainda ao seu projeto para a cidade de Chandigarh, pela escala monumental dos edifícios governamentais. A cidade de Lúcio Costa também possui conceitos semelhantes aos dos estudos de Hilberseimer.