Dopo un primo periodo figurativo, caratterizzato soprattutto dal recupero di forme espressive arcaiche ed antiche, nel dopoguerra Mastroianni persegue una linea astratta utilizzando sia strutture informali, sia schemi geometrizzanti, sempre con forti caratterizzazioni dinamiche e vitalistiche, con particolare riferimento al costruttivismo. Fin dal 1957 Mastroianni si impose come lo scultore che è mancato al cubismo, scultore di robusta immaginazione plastica, impostata sui ritmi delle dissonanze nelle quali suggestioni di altre esperienze di altre esperienze vengono assorbite originalmente in un modulata da una energia interiore che fa danzare visivamente le forme. Il riconoscimento più alto lo consegue alla XXIX Biennale di Venezia del ’58, quando ottiene il Gran Premio Internazionale per la scultura.  Nell’ ottobre del 1989, dopo i premi Biancamano e la Ginestra d’oro del Cònero, gli viene conferito a Tokyo il “Premium Imperiale”, Nobel per l’arte del Sol Levante.

Come le sue mostre personali, innumerevoli sono le opere esposte nei più importanti musei di tutto il mondo, come i monumenti dedicati alla resistenza, ai caduti in guerra e alla pace, opere eseguite prevalentemente in bronzo o in acciaio.

Muore nel febbraio del 1998, all’età di ottantotto anni, nella sua casa-museo di Marino, presso i Giardini Colonna.