Der Zweite Weltkrieg stellte eine existenzielle Krise für KLM dar, wie für einen Großteil des globalen Handels und der Niederlande selbst. Die Besetzung der Niederlande im Mai 1940 führte zur sofortigen Einstellung der meisten zivilen Operationen aus Europa, obwohl einige Dienste von den niederländischen Westindien aus fortgesetzt wurden. Die KLM-Flotte wurde größtenteils in verbündete Länder verteilt, einige Flugzeuge wurden im Kampf oder bei Vorfällen zerstört, und die entscheidende Infrastruktur am Flughafen Schiphol wurde durch Bombenangriffe verwüstet. Die Nachkriegszeit erforderte eine tiefgreifende Transformation für KLM, beginnend mit der mühsamen Aufgabe, ihr Netzwerk, ihre Flotte und ihre finanzielle Stabilität von einer erheblich reduzierten Basis wieder aufzubauen. Die Widerstandsfähigkeit des Unternehmens in dieser Zeit war ein Beweis für seine grundlegende Stärke, die unerschütterliche Entschlossenheit seiner Führung unter Albert Plesman und die strategische Unterstützung der Regierung.
Unmittelbar nach der Befreiung im Jahr 1945 initiierte KLM ein ehrgeiziges und schnelles Wiederherstellungsprogramm. Trotz des Verlusts vieler Flugzeuge, der Verwüstung ihres Hauptdrehkreuzes in Schiphol und des tragischen Verlusts zahlreicher erfahrener Mitarbeiter bewegte sich das Unternehmen schnell, um seine lebenswichtigen Routen wiederherzustellen. Ein zentraler Fokus lag auf der Wiederverbindung mit den Niederländischen Ostindien (heute Indonesien), einer historisch lukrativen und strategisch wichtigen Route für die Fluggesellschaft. Dieser Dienst, der die neu erworbenen Douglas DC-4 nutzte, wurde im November 1946 stolz wieder aufgenommen und symbolisierte den Willen der Nation und der Fluggesellschaft, globale Verbindungen wieder aufzubauen. In dieser Zeit erreichte KLM auch einen bedeutenden Meilenstein, indem sie im Mai 1946 die erste europäische Fluggesellschaft wurde, die einen planmäßigen Linienflug über den Nordatlantik nach New York einführte. Dieser bahnbrechende Schritt signalisierte einen entscheidenden strategischen Wandel hin zum aufstrebenden und äußerst lukrativen transatlantischen Markt und positionierte KLM als wichtigen internationalen Akteur. Die Fähigkeit des Unternehmens, schnell neue Flugzeuge, hauptsächlich amerikanisch gebaute Douglas DC-4, und kurz darauf die fortschrittlicheren Lockheed Constellations zu sichern, war entscheidend für diesen schnellen Wiedereinstieg in die internationale Luftfahrt. Diese Kolbenflugzeuge, obwohl technologisch fortschrittlich für ihre Zeit, erforderten dennoch mehrere Zwischenstopps auf Langstreckenrouten, was die logistischen Herausforderungen der frühen interkontinentalen Luftreisen verdeutlichte. Der Erwerb von 18 DC-4 und später 25 Constellations bis Anfang der 1950er Jahre steigerte die Kapazität und Reichweite von KLM erheblich.
Die Mitte des 20. Jahrhunderts brachte das revolutionäre Aufkommen des Jetzeitalters, einen technologischen Sprung, der die kommerzielle Luftfahrt grundlegend neu definieren würde. KLM erkannte unter der visionären Führung von Albert Plesman bis zu seinem Tod im Jahr 1953 die Notwendigkeit, auf Jetflugzeuge umzusteigen, um wettbewerbsfähig zu bleiben und den sich wandelnden Erwartungen der Passagiere gerecht zu werden. Plesmans Nachfolger, F.J.H. Copes van Hasselt, und später I.A. Aler, setzten diese zukunftsorientierte Strategie fort. Die Einführung der Douglas DC-8 im Jahr 1960 markierte KLMs definitiven Eintritt in das Jetzeitalter. Die erste DC-8, benannt "P.H.-DCA Albert Plesman", reduzierte die Flugzeiten über ihr Langstreckennetz drastisch – beispielsweise wurde die Reise von Amsterdam nach New York von über 14 Stunden auf etwa 7-8 Stunden verkürzt – und erhöhte den Passagierkomfort erheblich durch sanftere Flüge in höheren Höhen. Dieser technologische Wandel erforderte jedoch erhebliche Investitionen in die Flottenakquisition (insgesamt Milliarden von Gulden über das Jahrzehnt), umfangreiche Pilotenausbildungsprogramme zur Beherrschung der Komplexität von Jetflugzeugen und die Modernisierung der Bodenanlagen in Schiphol und anderen wichtigen Flughäfen, um größere, schnellere Flugzeuge und einen erhöhten Passagierdurchsatz zu bewältigen. KLM meisterte diese gewaltigen Herausforderungen, indem sie strategische Investitionen priorisierte, staatliche Darlehen in Anspruch nahm und sich auf operative Effizienz konzentrierte, um die Renditen ihrer neuen, teuren Vermögenswerte zu maximieren. Zu den nachfolgenden Akquisitionen gehörte die Douglas DC-9 für kürzere europäische Routen im Jahr 1966, was das regionale Netzwerk weiter rationalisierte. Bis Ende der 1960er Jahre war die Flotte von KLM überwiegend jetgetrieben, mit insgesamt 47 Flugzeugen, die ein globales Netzwerk bedienten, das mehr als 100 Städte umfasste.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts sah sich KLM wachsendem Wettbewerb gegenüber, insbesondere mit der Expansion anderer europäischer Flagcarrier und der dominierenden amerikanischen Fluggesellschaften. Die Landschaft der Branche wurde weiter durch die Deregulierung der Fluggesellschaften geprägt, die in den Vereinigten Staaten mit dem Airline Deregulation Act von 1978 begann und sich allmählich weltweit ausbreitete, einschließlich erheblicher Liberalisierung innerhalb Europas. Diese neue Umgebung setzte etablierte Fluggesellschaften wie KLM unter enormen Druck und zwang zu einer grundlegenden Neubewertung der Betriebsstrategien. Der Fokus verlagerte sich intensiv auf Kosteneffizienz, Routenoptimierung zur Eliminierung unrentabler Segmente und die Erkundung strategischer Partnerschaften, um Marktanteile gegenüber sowohl traditionellen Fluggesellschaften als auch aufstrebenden Billigfluggesellschaften zu halten und auszubauen. Diese Periode war auch von wirtschaftlichen Rückgängen geprägt, wie den Ölkrisen der 1970er Jahre, die zu volatilen und stark steigenden Treibstoffpreisen führten, sowie verschiedenen geopolitischen Ereignissen, die die Reisennachfrage beeinflussten. KLM reagierte, indem sie periodische Umstrukturierungsprogramme durchführte, die umfassende Modernisierungen der Flotte, Anpassungen der Belegschaft (z.B. freiwillige Abfindungsprogramme zur Senkung der Personalkosten) und die Straffung operativer Prozesse umfassten. Die Jahresberichte des Unternehmens in diesen Jahrzehnten dokumentierten häufig die Bemühungen, die Produktivität zu steigern, die Gemeinkosten zu senken und die Tarifstrukturen anzupassen, was einen kontinuierlichen Kampf zur Anpassung an die sich verändernden Marktbedingungen veranschaulichte. So ermöglichte der Erwerb von Großraumflugzeugen wie der ikonischen Boeing 747 im Jahr 1971 (mit dem ersten 747-200B, das in Dienst gestellt wurde) eine erheblich gesteigerte Kapazität und größere Skaleneffekte auf stark nachgefragten Langstreckenrouten, was KLM half, im Preis und Volumen zu konkurrieren. Bis Mitte der 1980er Jahre betrieb KLM eine Flotte von 747, DC-10 und Airbus A310 und balancierte Kapazität und Reichweite über ihr globales Netzwerk.
Ein entscheidender strategischer Wandel im späten 20. Jahrhundert, der durch den zunehmenden globalen Wettbewerb und die Notwendigkeit einer breiteren Netzwerkerweiterung ohne massive unabhängige Investitionen erforderlich wurde, war die Bildung von Allianzen. KLM erkannte die Grenzen des unabhängigen Wachstums in einem konsolidierenden globalen Markt und verfolgte bedeutende grenzüberschreitende Partnerschaften. Ihre bahnbrechende Allianz mit Northwest Airlines (NWA) im Jahr 1989 schuf eines der frühesten und umfassendsten Code-Sharing-Arrangements in der Branche. Diese Partnerschaft ermöglichte ein erweitertes globales Netzwerk, insbesondere durch die Nutzung von NWAs umfangreichen nationalen US- und trans-pazifischen Routen, und erleichterte gemeinsame operative Effizienzen in Bereichen wie Bodenabfertigung, Wartung und gemeinsames Marketing. Die KLM-NWA-Allianz steigerte die Passagierströme durch den Flughafen Amsterdam Schiphol erheblich und verbesserte dessen Status als wichtiges europäisches Drehkreuz. Dieser innovative Vorläufer der modernen Mega-Allianzen zeigte die Bereitschaft zur Innovation in Geschäftsmodellen und verschaffte einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Diese Partnerschaft würde später das Fundament der SkyTeam-Allianz bilden, die 2000 von Air France und Delta Air Lines mitbegründet wurde und der KLM 2004 beitrat. Bis zu den frühen 2000er Jahren waren die jährlichen Passagierzahlen von KLM auf über 15 Millionen gestiegen, und der Umsatz erreichte etwa 6 Milliarden Euro, was ihre anhaltende Bedeutung als mittelgroße globale Fluggesellschaft unterstreicht, die wachsenden Druck von größeren Gruppen ausgesetzt war.
Die endgültige Transformation für KLM erfolgte 2004 mit der Fusion von KLM mit Air France, wodurch die Air France-KLM-Gruppe entstand. Dies war keine einfache Übernahme, sondern eine komplexe Integration, die darauf abzielte, Synergien zu nutzen und gleichzeitig die unterschiedlichen Markenidentitäten und die operationale Autonomie unter separaten Air Operator Certificates (AOCs) zu wahren. Die Fusion schuf eine der größten Fluggesellschaftsgruppen der Welt nach Umsatz, mit einem kombinierten Jahresumsatz von über 19 Milliarden Euro zum Zeitpunkt der Fusion und einer Flotte von über 350 Flugzeugen. Diese strategische Kombination ermöglichte eine erheblich größere Einkaufsmacht für Flugzeuge und Treibstoff, erweiterte die Streckennetze durch die Verbindung der Drehkreuze Amsterdam Schiphol und Paris-Charles de Gaulle und verbesserte die Wettbewerbsposition gegenüber anderen globalen Akteuren, insbesondere denen in den Star Alliance- und Oneworld-Allianzen. Die Entscheidung wurde sorgfältig von verschiedenen Regulierungsbehörden genehmigt, einschließlich der Europäischen Kommission und des US-Justizministeriums, die die wettbewerbsrechtlichen Implikationen genau prüften. Diese wegweisende Fusion markierte das Ende von KLMs langer und angesehener Geschichte als unabhängige nationale Fluggesellschaft und positionierte sie innerhalb einer größeren, mächtigen Unternehmensstruktur und bereitete sie strategisch auf die intensiveren Wettbewerbsbedingungen und wirtschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts vor.