Rok później na pokłady samolotów linii trafili pierwsi stewardzi, następnie także stewardesy. W 1936 wprowadzone zostały samoloty Douglas DC-3, a w 1938 dalekodystansowe Fokkery zastąpione zostały samolotami Lockheed L-14 Super Electra. KLM był również jedynym cywilnym użytkownikiem regularnie wykorzystującym samoloty Douglas DC-5.
II wojna światowa 10 maja 1940 Niemcy zaatakowały Holandię. KLM zawiesił swoją działalność z macierzystej bazy w Amsterdamie, ale nie oznaczało to zaprzestania działalności. Z 43 maszyn jakimi dysponowały linie w momencie ataku, osiemnaście zostało zniszczonych na lotnisku, a jedenaście przejętych przez wkraczających Niemców. Pozostała czternastka nadal realizowała połączenia lotnicze, utrzymując połączenie między innymi z Wielkiej Brytanii do Portugalii. Holenderskie samoloty latały ze znakami rejestracyjnymi British Overseas Airways Corporation. Część samolotów pozostała w Holenderskich Indiach Wschodnich.