A su regreso del viaje a Estados Unidos y tras ganar el concurso para su construcción junto a Luis Laorga, en 1951 comienzan las obras de esta basílica franciscana.

Con un lenguaje estético muy contemporáneo, robusto, sobrio y arriesgado, reduce la decoración a las puntas de diamante en piedra en alusión al significado de la palabra Aránzazu (lugar de espinos).

El proyecto original contemplaba unos arquillos aéreos entre las dos torres, que fueron eliminados para reducir costes.

En la obra participaron artistas de mucha altura como Lucio Muñoz (retablo), Néstor Basterrechea (murales de la cripta), fray Javier Fernández de Eulate (vidrieras), Eduardo Chillida (puertas) y el escultor Jorge Oteiza para el friso de los 14 apóstoles de la fachada, número que molestó a la Iglesia y acabó siendo obra polémica.

Durante la construcción del edificio, Sáenz de Oiza y Oteiza se conocieron, después colaboraron en otros proyectos y durante toda su vida guardaron una muy estrecha amistad.

Proyecto ganador del Premio Nacional de Arquitectura de 1954, presentado por el equipo Francisco Javier Sáenz de Oiza y José Luis Romaní con la colaboración de Jorge Oteiza. 

Considerado uno de sus mejores proyectos, y al ser una convocatoria en la que el edificio no se iba a construir, fue el escenario perfecto para imaginar ideas nuevas y recurrir a formas audaces de exaltación técnica. Fue una reacción a la experiencia de Aránzazu en la que el equipo buscaba modos diferentes y un alejamiento de los esquemas rígidos de la basílica.

Se inspiró en el Coliseum de Chicago de Mies van der Rohe y, exceptuando las representaciones figurativas de los frisos de Oteiza, es un proyecto desnudo de signos religiosos.

Fue concebido más como un punto de devoción o humilladero que como una capilla. La construcción de su estructura tridimensional de tubos de aluminio, muy ligera y original, hubiera exigido un gran esfuerzo técnico.

Se imaginó «como la cresta de una ola, en un mar de trigales castellanos». Uno de los proyectos preferidos del autor, que decía «estoy satisfecho de los proyectos que no he hecho porque pienso que hubieran sido los más hermosos».

Sáenz de Oiza realizó muchas viviendas unifamiliares donde expuso sin miedo los programas constructivos que le preocupaban. Según modelos organicistas, en la casa de Fernando Gómez en Durana (Álava) la planta gira en torno a una chimenea y los muros perimetrales se extienden hacia el exterior como una telaraña, permitiendo que todas las estancias disfruten de la mejor luz solar. Mies van der Rohe y Alvar Aalto le inspiraron.

Otros ejemplos de viviendas son: la Casa Lucas Prieto en Talavera de la Reina (1960) donde plasmó su estilo organicista inspirándose en la Casa de la Cascada y más aún en la Casa Goetsch Winckler de Frank Lloyd Wright; la Casa Arturo Echevarría en Madrid (1972), con planta pseudotriangular, sencilla y elegante, y con la singularidad de que parte del muro que hace de tapia forma parte de la casa; y la Casa Fabriciano en Torrelodones (1986), con una generosa galería-solana acristalada al sur para un mejor control climático de la casa, una de sus grandes preocupaciones.

Todas ellas encierran una auténtica pasión por el hogar, «tierra ordenada donde el hombre se refugia».

Juan Huarte, empresario navarro de la construcción y mecenas, encargó el edificio a Sáenz de Oiza por recomendación de Jorge Oteiza. La relación entre Huarte y Oiza fue muy fructífera y sincera y se plasmó en varios proyectos en Madrid y Alcudia.

La torre, intencionadamente experimental y singular, representó, como ningún otro edificio, el estilo de arquitectura orgánica en España. De hecho, es el edificio español de la década de los sesenta más publicado en revistas nacionales e internacionales.

Diseñado como «un revulsivo en un momento en que la ciudad se llenaba de ventanas cuadradas», cada vivienda cuenta con balcones semicirculares que caracterizan a la torre.

De aspecto monolítico, es la suma de distintos tipos de viviendas. Consta de dos pisos subterráneos, un piso de entrada, 21 de viviendas, un piso intermedio de servicios y dos más en la parte superior con destino a un centro social con restaurantes, bar, piscinas y ambientes de vida en común.

Proyectado para alojar las oficinas de la sede central del Banco de Bilbao.

Tiene una altura de 102 metros y se distribuye en 30 plantas con diferentes ritmos, para dar cabida a las soluciones tecnológicas que Sáenz de Oiza discurrió para este edificio.

La estructura, de hormigón armado y acero corten, está revestida de vidrio y un acero que dibuja pasarelas y parasoles con esquinas redondeadas para recibir mejor las cargas del viento. Su tono ocre pasará al rojizo definitivo cuando termine el proceso de oxidación.

La torre tiene unas proporciones matemáticamente perfectas, propias del autor, y su figura y presencia se impuso en el paisaje urbano de Madrid desde el primer momento.

Ha sido declarada Bien de Interés Cultural y figuró en un sello de correos en la serie que representa las mejores construcciones de la arquitectura española contemporánea (1987).

A partir de los años 50, Sáenz de Oiza fue un arquitecto crucial en la construcción de viviendas sociales en Madrid. La emigración del campo a la ciudad que la capital tuvo que absorber y la expansión del chabolismo en zonas de la periferia, marcaron el inicio de la creación de poblados de absorción, poblados dirigidos y viviendas experimentales. En este escenario, con altura profesional, técnica e intelectual y soluciones económicas, desarrolló modelos de viviendas mínimas, de estilo racionalista, modernas, soleadas, saneadas y salubres.

Los mejores ejemplos se dieron en Fuencarral, Puerta del Ángel, Entrevías, El Batán, Erillas, Barrio de Loyola, Colonia Calero y la Ciudad Horizonte. La inspiración en Le Corbusier estuvo presente en algunas de ellas.

Décadas después, en 1986, proyectó las muy conocidas y polémicas viviendas sociales de la M-30. Sáenz de Oiza se adaptó al helicoide que el plan urbanístico exigía y concibió una muralla curva y cerrada que daba la espalda a la autovía de la M-30, haciendo que las viviendas se volcaran hacia el patio interior, decorado por órdenes clásicos y coloristas.

Fue proyectado en 1984 e inaugurado en 1991. Está enclavado en la pendiente de la bahía de Santander y, tal y como figura en la memoria del proyecto, el espectador accedería desde su entrada principal, la que mira al mar, como quien asciende a los auditorios grecorromanos, a modo del teatro de Epidauro.

Aunque utilizó un lenguaje postmoderno, poco apreciado, plasmó soluciones audaces para dotar al edificio de toda la luz natural posible a base de una cubierta escalonada de vidrio y metal con lucernarios. Resaltan su policromía azul y roja, que también utilizaría en algunas de sus obras posteriores, y las columnas falsas, casi enterradas, de orden dórico.

Técnicamente, la acústica del teatro es impecable gracias a un ingenioso techo orientable. De este modo, cuando la música y la voz de la escena se elevan y reflejan en el techo, el sonido desciende cayendo sobre los espectadores.

Para el centro cultural de la villa de Bilbao en el antiguo edificio de La Alhóndiga, Sáenz de Oiza, Jorge Oteiza y Daniel Fullaondo presentaron un proyecto que no se llegó a construir.

Se caracteriza por una retícula ingrávida y geométrica de forma cúbica. Concebido como una estructura metálica que envuelve un cubo de vidrio de 80 metros de lado, el diseño tuvo sus precedentes en el proyecto no construido de una Capilla en el Camino de Santiago y en el pabellón de acceso a los recintos feriales de Madrid de 1987, también de Oiza.

De haberse realizado, hubiera sido una gran plaza de vidrio, un cubo con un enorme espacio interior e importante volumen que se hubiera visto desde cualquier punto de la ciudad.

Su difícil adaptación al preexistente edificio de La Alhóndiga y la falta de acuerdo entre el Ayuntamiento de Bilbao y el Gobierno Vasco, impidieron la ejecución del proyecto. De hecho, los representantes políticos ya debían de tener decidido que se centrarían en el futuro Museo Guggenheim.

Con una altura de 55 metros, es uno de los edificios más altos de Sevilla. Alberga oficinas de la administración de la Junta de Andalucía. De arquitectura postmoderna, se levanta en la Isla de la Cartuja donde se encuentran varios edificios de la Expo 92 de Sevilla.

Se debió de inspirar en el castillo de Sant’Angelo de Roma.

Aunque su exterior presenta bastante rotundidad, su interior es diáfano.

Conjuga un cuadrado interior con el círculo exterior, formas muy queridas por el arquitecto.

Tanto la luz como la ventilación natural penetran hasta el interior del edificio y sus sótanos, siempre en consonancia con esta constante preocupación.

Oteiza y Sáenz de Oiza se conocieron en las obras de la Basílica de Aránzazu y desde ese momento les unió una fuerte y sincera relación personal y artística. Con la construcción del museo en Alzuza se cerraba el círculo de aquella amistad que se había iniciado a principios de los años 50.

El museo trató de honrar la obra y trayectoria del escultor Jorge Oteiza y en el diseño colaboraron los hijos de Oiza, Vicente y Marisa, quienes la terminaron al fallecer el padre.

En el interior del museo el visitante se encuentra en un edificio que en sí mismo es una gran escultura de bloque de hormigón sanguino con elementos muy oscuros, casi negros: losas de pizarra, pasamanos, tragaluces, paramentos… Se trata de un espacio misterioso, en penumbra y con contraluces, que alberga parte de la obra del gran «escultor experimental».

En pleno paisaje y retirado se presenta como un «rectángulo rosáceo con crestas negras».