Speciaal voor de diensten op de overgenomen tramlijnen van de NTM in Noord-Nederland en de WSM in het Westland bestelt NS tien dieselelektrische locomotieven. De locomotieven lijken qua uiterlijk enigzins op de eerder bestelde locs uit de serie 600 maar zijn lichter en hebben een maximumsnelheid van 45 km/u. De volwaardige treinlocomotieven zijn zo prima geschikt voor het rijden van goederentreinen op de 'nieuwe' lokaallijnen. Werkspoor levert in 1956 en 1957 de locs 451-460. De machines komen officieel in Zwolle en Rotterdam Feijenoord in depot, maar worden voornamelijk in Steenwijk, Groningen en Delft onderhouden. De locomotieven krijgen een olijfgroene kleurstelling met een lichtgele bies over de zijwanden. In 1962 krijgen alle exemplaren een zwaailicht. Een jaar later is de 452 als enige loc uit de serie voorzien van ATB. Dit is in 1967 echter weer uitgebouwd.

Met het oog op de forse uitbreiding van het aantal treinen bij het invoeren van de nieuwe dienstregeling van Spoorslag '70 heeft NS eind jaren '60 snel extra tractie nodig. Om niet teveel kosten te maken schaft NS in Engeland zeven overbodige elektrische locomotieven aan en neemt de vervoerder vijf overbodige diesellocomotieven van de Staatsmijnen over. De vijf doen van eind jaren '50 tot de sluiting van de mijnen dienst als serie 151-155. Eind 1970, begin 1971 komen de vijf als 2901-2905 en de geel-grijze huisstijl bij NS in dienst. De sanering in het goederenvervoer zorgt er enkele jaren later voor dat het vijftal alweer terzijde gaat. NS verkoopt de vijf locomotieven door aan het Spaanse FEVE waar ze tot 1982 dienst doen. Hierna is het vijftal gesloopt.

Om de laatste stoomlocomotieven te vervangen, laat NS in de jaren '50 maar liefst 280 diesellocomotieven bouwen. Om de locs zo snel mogelijk in te kunnen zetten, kiest NS voor twee bestaande ontwerpen. De serie 2400 is naar Frans voorbeeld gebouwd, de serie 2200 naar Amerikaans ontwerp. De 150 locs van de serie 2200 zijn in Nederland en Frankrijk gebouwd. In januari 1955 komt de 2201 als eerste exemplaar op de baan. In 1958 zijn alle locomotieven van beide series in dienst en gaat de laatste stoomloc terzijde. De locs van de serie 2200 hebben een uitgebreid takenpakket. Zo rijden ze in de begintijd niet alleen goederentreinen maar ook veel reizigerstreinen. Tussen 1970 en 1987 rijden ze opnieuw trek-/duwtreinen in de reizigersdienst. De locs zijn ook actief als trekkracht voor zware ertstreinen en rijden hierbij vaak in vierspan. Daarnaast zijn de locomotieven veelvuldig ingezet op de grote rangeerterreinen. In 1995 verkoopt NS Cargo 25 locomotieven aan de NMBS. De laatste Nederlandse exemplaren gaan enkele jaren later buiten dienst. Enkele locs rijden hierna nog lange tijd bij Strukton. Maar liefst elf locomotieven zijn opgenomen in collecties van museumorganisaties. 

Ter vervanging van de laatste stoomlocomotieven, laat NS halverwege de jaren '50 280 diesellocomotieven bouwen. Om de locs zo snel mogelijk in gebruik te kunnen nemen, kiest het bedrijf voor twee bestaande ontwerpen. Terwijl de serie 2200 naar Amerikaans ontwerp is gebouwd, kiest NS voor de serie 2400 voor een standaard ontwerp van de Franse treinbouwer Alsthom. Begin 1954 komen de eerste van de 130 locomotieven van laatstgenoemde serie bij NS in dienst. Naast enkele reizigerstreinen rijden ze vooral in de goederendienst. In 1991 gaan de laatste locomotieven bij NS buiten dienst. De SNCF koopt maar liefst 50 exemplaren. Ook andere locs zijn in het buitenland ingezet. In Nederland komen diverse locomotieven bij museumorganisaties terecht. 

Na de Tweede Wereldoorlog laat NS een groot aantal hoofdspoorlijnen elektrificeren. Tegelijkertijd wordt het materieelpark sterk uitgebreid. Voor de reizigersdiensten op de spoorlijnen die niet direct voor elektrificatie in aanmerking komen, bestelt NS 27 snelle dieselelektrische locomotieven. De locomotieven zijn onder leiding van Werkspoor geheel door de Nederlandse industrie ontwikkeld. De eerste exemplaren worden met flinke vertraging afgeleverd. De zeer zware scheepsmotoren blijken al snel ongeschikt voor de locs en er vinden direct diverse constructiewijzigingen plaats. Hierna besluit NS de rest van de bestelling te annuleren zodat de serie beperkt blijft tot zes locomotieven en een reservemotor. Door diverse problemen met de locs en de verdere elektrificatie van het spoorwegnet besluit NS het zestal al na vijf jaar buiten dienst te stellen en te slopen.

Begin jaren '40 laat NS een nieuwe reeks diesellocomtieven voor rangeerdiensten en lichte treinen op het hoofdnet ontwerpen. Omdat het ontwerp voornamelijk op de bestaande sikken is gebaseerd, krijgen de nieuwe locs al snel de bijnaam 'grote sikken'. In tegenstelling tot de locomotoren zijn de locs van de serie 400 ook bestemd voor het rijden van treinen en gaat het om volwaardige locomotieven met bijbehorend bevoegd personeel. De locs kunnen in tegenstelling tot de kleine sikken dan ook alleen vanuit de cabine bediend worden. Door de oorlog duurt het tot 1947 tot Werkspoor de 401 aflevert. De resterende 14 exemplaren volgen in 1948. De locomotieven krijgen net als de kleine sikken een donkergroene kleurstelling.

Na het einde van de Tweede Wereldoorlog leent NS materieel van diverse buitenlandse spoorwegmaatschappijen. Hieronder vallen ook tien Engelse dieselelektrische rangeerlocomotieven. Tussen 1949 en 1955 laat NS vijftig eigen locs van hetzelfde ontwerp bouwen. Tussen 1955 en 1957 volgen nog 65 exemplaren die niet alleen geschikt zijn voor rangeerwerk maar ook voor het rijden van korte goederentreinen. Door hun lage maximum snelheid van 30 km/u zijn de zogenaamde 'bakkies' of 'hippels' niet bestemd voor diensten op de hoofdlijnen en worden ze voornamelijk ingezet op spooraansluitingen van bedrijven en in havengebieden. Ook worden de locs ingezet bij het samenstellen van reizigerstreinen. Terwijl diverse locs naar museumorganisaties gaan, is een aantal nog altijd actief bij commerciële vervoerders en aannemers.

De Amerikaanse firma Whitcomb Locomotive Company bouwt tijdens de Tweede Wereldoorlog voor het Amerikaanse leger maar liefst 278 diesellocomotieven verdeeld over twee types. De eerste serie van 110 exemplaren gaat in de zomer van 1942 naar het Midden-Oosten om bevoorradingstreinen te rijden. Een jaar later verhuist bijna de helft van de locomotieven naar Sicilië voor de bevrijding van Italië. Intussen bouwt Whitcomb 168 locomotieven in een lichtere variant. De locomotieven worden, zodra ze gereed zijn, verscheept naar Engeland in afwachting van de bevrijding van West-Europa. In 1944 gaan 86 exemplaren rechtstreeks van Amerika naar Napels. Na D-Day gaan de locs die in Engeland zijn opgeslagen naar Frankrijk. In de loop van 1944 belandt ook de rest van de locomotieven rechtstreeks vanuit Amerika op het Europese vasteland.

Na de bevrijding blijft een groot aantal locomotieven van de geallieerde troepen op het Europese vasteland achter. Zo staan de WD 70029, 70033, 70040, 70041 en 70045 in Nederland. In 1946 rijden de locomotieven op de tramlijnen van de NTM en een jaar later gaan ze samen met de tramlijnen over naar NS. Hierbij krijgt het vijftal de groene NS-kleurstelling en de nummers 161-165. In 1957 gaan de laatste drie exemplaren terzijde. Voor het behoud van de 162 is in 2009 een aparte stichting opgericht. Een exemplaar uit Engeland wordt in Noordwolde opgeknapt tot statisch object.

Voor het rangeerwerk op de stations, schaft NS in de jaren '30 diesel-elektrische locomotoren aan. De locs zijn naast rangeerwerkzaamheden ook geschikt voor het rijden van lichte goederentreinen. Het mekkerende geluid van de uitlaatfluit is de aanleiding voor de beroemde bijnaam 'sik'. In 1940 levert Werkspoor de 321 als laatste exemplaar van de serie af. Tijdens de Tweede Wereldoorlog verdwijnen ruim 70 locomotoren over de oostgrens. In de jaren na de oorlog keren de meeste locomotoren terug in Nederland. Vrijwel alle locs zijn hersteld en weer in dienst gesteld. Ook zijn tussen 1949 en 1951 48 nieuwe locomotoren afgeleverd. Al in 1952 verkoopt NS de eerste twee locomotoren aan particuliere ondernemingen. Eind jaren '60 begint het goederenvervoer per spoor terug te lopen en worden meer locomotoren verkocht en verhuurd. Het duurt nog tot 2007 wanneer de laatste sikken terzijde gaan. De locs zijn nog volop actief bij museumorganisaties. Ook is een groot aantal als statisch object bij bedrijven en particulieren te vinden.