La Seconde Guerre mondiale a représenté une crise existentielle pour KLM, tout comme pour une grande partie du commerce mondial et les Pays-Bas eux-mêmes. L'occupation des Pays-Bas en mai 1940 a conduit à l'arrêt immédiat de la plupart des opérations civiles en provenance d'Europe, bien que certains services aient continué depuis les Antilles néerlandaises. La flotte de KLM a été largement dispersée vers des pays alliés, certains avions ont été détruits au combat ou lors d'incidents, et des infrastructures cruciales à l'aéroport de Schiphol ont été décimées par des bombardements. L'ère post-guerre a nécessité une transformation profonde pour KLM, commençant par la tâche ardue de reconstruire son réseau, sa flotte et sa stabilité financière à partir d'une base considérablement réduite. La résilience de l'entreprise durant cette période était un témoignage de sa force fondamentale, de la détermination inébranlable de son leadership sous Albert Plesman, et du soutien stratégique du gouvernement.
Immédiatement après la libération en 1945, KLM a lancé un programme de récupération ambitieux et rapide. Malgré la perte de nombreux avions, la dévastation de son hub principal à Schiphol, et la perte tragique de nombreux personnels expérimentés, l'entreprise a rapidement agi pour rétablir ses routes vitales. Un accent primordial a été mis sur la reconnexion avec les Indes néerlandaises (aujourd'hui l'Indonésie), une route historiquement lucrative et stratégiquement importante pour la compagnie aérienne. Ce service, utilisant les Douglas DC-4 nouvellement acquis, a fièrement repris en novembre 1946, symbolisant la détermination de la nation et de la compagnie aérienne à reconstruire des liens mondiaux. Cette période a également vu KLM atteindre une étape significative en devenant la première compagnie aérienne européenne à initier un service commercial régulier à travers l'Atlantique Nord vers New York en mai 1946. Cette étape pionnière a signalé un changement stratégique décisif vers le marché transatlantique en pleine croissance et hautement lucratif, positionnant KLM comme un acteur international majeur. La capacité de l'entreprise à sécuriser rapidement de nouveaux avions, principalement des Douglas DC-4 fabriqués aux États-Unis, et peu après les Lockheed Constellations plus avancés, a été cruciale pour cette réintégration rapide dans l'aviation internationale. Ces avions à moteur à piston, bien que technologiquement avancés pour leur époque, nécessitaient encore plusieurs escales sur les routes long-courriers, soulignant les défis logistiques des premiers voyages aériens intercontinentaux. L'acquisition de 18 DC-4 et plus tard de 25 Constellations au début des années 1950 a considérablement renforcé la capacité et la portée de KLM.
Le milieu du 20e siècle a apporté l'avènement révolutionnaire de l'ère des jets, un saut technologique qui redéfinirait fondamentalement l'aviation commerciale. KLM, sous la direction visionnaire d'Albert Plesman jusqu'à sa mort en 1953, a reconnu l'impératif de passer aux avions à réaction pour rester compétitive et répondre aux attentes évolutives des passagers. Le successeur de Plesman, F.J.H. Copes van Hasselt, et plus tard I.A. Aler, ont poursuivi cette stratégie tournée vers l'avenir. L'introduction du Douglas DC-8 en 1960 a marqué l'entrée définitive de KLM dans l'ère des jets. Le premier DC-8, nommé "P.H.-DCA Albert Plesman", a considérablement réduit les temps de vol sur son réseau long-courrier—par exemple, réduisant le trajet d'Amsterdam à New York de plus de 14 heures à environ 7-8 heures—et a considérablement augmenté le confort des passagers avec des vols plus doux et à plus haute altitude. Ce changement technologique, cependant, nécessitait des dépenses d'investissement substantielles pour l'acquisition de la flotte (totalisant des milliards de florins au cours de la décennie), des programmes de formation des pilotes étendus pour maîtriser les complexités des avions à réaction, et la modernisation des installations au sol à Schiphol et dans d'autres aéroports clés pour gérer des avions plus grands, plus rapides et un plus grand nombre de passagers. KLM a navigué à travers ces défis redoutables en priorisant des investissements stratégiques, en tirant parti des prêts gouvernementaux, et en se concentrant sur l'efficacité opérationnelle pour maximiser les retours sur ses nouveaux actifs coûteux. Les acquisitions suivantes comprenaient le Douglas DC-9 pour des routes européennes plus courtes en 1966, rationalisant encore son réseau régional. À la fin des années 1960, la flotte de KLM était principalement propulsée par des jets, avec un total de 47 avions desservant un réseau mondial s'étendant sur plus de 100 villes.
Tout au long de la seconde moitié du 20e siècle, KLM a fait face à une concurrence croissante, notamment avec l'expansion d'autres transporteurs nationaux européens et des compagnies aériennes américaines dominantes. Le paysage de l'industrie a été encore remodelé par la déréglementation de l'industrie aérienne, commençant aux États-Unis avec la loi de déréglementation des compagnies aériennes de 1978 et se répandant progressivement à l'échelle mondiale, y compris une libéralisation significative en Europe. Ce nouvel environnement a exercé une pression immense sur des transporteurs établis comme KLM, forçant une réévaluation fondamentale des stratégies opérationnelles. L'accent a été mis intensément sur l'efficacité des coûts, l'optimisation des routes pour éliminer les segments non rentables, et l'exploration de partenariats stratégiques pour maintenir et accroître la part de marché face à la fois aux compagnies aériennes historiques et aux nouvelles compagnies à bas coûts. Cette période a également été marquée par des ralentissements économiques, tels que les crises pétrolières des années 1970 qui ont conduit à des prix du carburant volatils et en forte hausse, et divers événements géopolitiques qui ont impacté la demande de voyages. KLM a répondu en entreprenant des programmes de restructuration périodiques, qui comprenaient une modernisation complète de la flotte, des ajustements de personnel (par exemple, des plans de départs volontaires pour réduire les coûts de personnel), et la rationalisation des processus opérationnels. Les rapports annuels de l'entreprise durant ces décennies détaillaient fréquemment les efforts pour améliorer la productivité, réduire les frais généraux, et adapter les structures tarifaires, illustrant une bataille continue pour s'adapter aux réalités changeantes du marché. Par exemple, l'acquisition d'avions à fuselage large comme l'emblématique Boeing 747 en 1971 (avec le premier 747-200B entrant en service) a permis une augmentation significative de la capacité et de plus grandes économies d'échelle sur les routes long-courriers à forte demande, aidant KLM à rivaliser sur les prix et le volume. Au milieu des années 1980, KLM exploitait une flotte de 747, DC-10 et Airbus A310, équilibrant capacité et portée à travers son réseau mondial.
Un changement stratégique clé à la fin du 20e siècle, nécessité par une concurrence mondiale croissante et le besoin d'une portée réseau plus large sans investissement indépendant massif, a été la formation d'alliances. Reconnaissant les limites de la croissance indépendante dans un marché mondial en consolidation, KLM a poursuivi des partenariats transfrontaliers significatifs. Son alliance pionnière avec Northwest Airlines (NWA) en 1989 a créé l'un des premiers et des plus complets accords de partage de codes dans l'industrie. Ce partenariat a permis un réseau mondial étendu, tirant particulièrement parti des vastes routes intérieures américaines et transpacifiques de NWA, et facilitait des gains d'efficacité opérationnelle partagés dans des domaines tels que la manutention au sol, la maintenance et le marketing conjoint. L'alliance KLM-NWA a considérablement augmenté le flux de passagers à travers l'aéroport de Schiphol à Amsterdam, renforçant son statut de principal hub européen. Ce précurseur innovant des méga-alliances modernes a démontré une volonté d'innover dans les modèles commerciaux et a fourni un avantage concurrentiel crucial. Ce partenariat formerait plus tard la pierre angulaire de l'alliance SkyTeam, cofondée par Air France et Delta Air Lines en 2000, à laquelle KLM a adhéré en 2004. Au début des années 2000, le nombre annuel de passagers de KLM avait dépassé les 15 millions, et son chiffre d'affaires atteignait environ 6 milliards d'euros, soulignant son importance continue en tant que transporteur mondial de taille moyenne face à des pressions croissantes de la part de groupes plus importants.
La transformation ultime pour KLM est survenue en 2004 avec la fusion de KLM avec Air France, créant le groupe Air France-KLM. Ce n'était pas une simple acquisition mais une intégration complexe conçue pour tirer parti des synergies tout en maintenant des identités de marque distinctes et une autonomie opérationnelle sous des certificats d'opérateur aérien (AOC) séparés. La fusion a créé l'un des plus grands groupes aériens au monde par chiffre d'affaires, avec un chiffre d'affaires annuel combiné dépassant 19 milliards d'euros au moment de la fusion, et une flotte de plus de 350 avions. Cette combinaison stratégique a permis une puissance d'achat considérablement accrue pour les avions et le carburant, a élargi les réseaux de routes en reliant les hubs d'Amsterdam Schiphol et de Paris-Charles de Gaulle, et a considérablement amélioré le positionnement concurrentiel contre d'autres acteurs mondiaux, en particulier ceux des alliances Star et Oneworld. La décision a été minutieusement approuvée par divers organismes de réglementation, y compris la Commission européenne et le ministère américain de la Justice, qui ont soigneusement examiné les implications antitrust. Cette fusion historique a marqué la fin de l'histoire longue et distinguée de KLM en tant que compagnie aérienne nationale indépendante, la repositionnant au sein d'une structure corporative plus grande et puissante et la préparant stratégiquement au paysage concurrentiel intensifié et aux défis économiques du 21e siècle.