Okres powojenny thumb|KLM Fokker 70 KLM wznowił operacje we wrześniu 1945, a 28 listopada uruchomiono trasę do Holenderskich Indii Wschodnich. 21 maja 1946, KLM jako pierwsza europejska linia lotnicza uruchomiła połączenie z Nowym Jorkiem. Samolot Douglas DC-4 pokonał transatlantycką trasę w czasie 25 godzin i 30 minut (wliczając w to międzylądowania). W latach 1947–1948 flota przewoźnika wzbogacona została o samoloty Lockheed Constellation, Convair CV-240 i Douglas DC-6. W grudniu 1953 zmarł współzałożyciel i pierwszy dyrektor KLM, Albert Plesman. W październiku 1956 KLM rozpoczął regularne rejsy na trasie Amsterdam – Warszawa, jako pierwszy zachodni przewoźnik po wojnie. W marcu 1960, za sprawą wprowadzenia do użycia samolotów Douglas DC-8 w KLM rozpoczęła się era samolotów odrzutowych. W 1967 na europejskie połączenia wszedł kolejny odrzutowiec McDonnell Douglas DC-9. 31 stycznia 1971 w Amsterdamie wylądował pierwszy Boeing 747 należący do KLM, ówcześnie największy samolot pasażerski świata. W 1983 flota samolotów wzbogaciła się o pierwszy produkt europejskiego producenta maszyn pasażerskich, Airbusa – Airbus A310. KLM był pierwszym europejskim przewoźnikiem zamawiającym samoloty Boeing 747-400, pierwszy z nich trafił do odbiorcy w maju 1989.