Het dieselhydraulische materieel is halverwege de jaren '70 ontwikkeld om de exploitate van de Noordelijke Nevenlijnen nog enigzins rendabel te houden en tegelijkertijd het oude Plan X materieel te vervangen. Begin jaren '80 neemt NS 31 tweewagenstellen en 19 motorrijtuigen in gebruik. Via een prijsvraag krijgt het materieel de naam 'Wadloper'. Tijdens de privatisering van het spoorvervoer komt de exploitatie van de noordelijke diesellijnen in handen van NoordNed, dat later opgaat in Arriva. De vervoerder neemt een groot deel van het DH-materieel over. Enkele treinstellen blijven bij NS. Twee motorrijtuigen gaan later over naar Connexxion voor de treindienst tussen Almelo en Mariënberg. Wanneer eind 2006 nieuwe treinstellen bij Arriva in dienst komen, gaan de Wadlopers voor Veolia op de Maaslijn rijden. De Nederlandse inzet van het DH-materieel eindigt in februari 2008. Hierna is de complete vloot aan buitenlandse spoorwegmaatschappijen verkocht.

Ter vervanging van het vooroorlogse dieselmaterieel laat NS tussen 1960 en 1963 42 driewagenstellen van het type Plan U bouwen. Het materieel is voorzien van de nieuwste technieken als automatische deuren en koersrollen. De treinstellen doen bijna vier decennia lang dienst op de drukkere diesellijnen. Met de komst van het Dieselmaterieel '90 begint de opvallende zwanenzang van het materieel. Eind jaren '90 gaan de eerste treinstellen buiten dienst. Nieuwe vervoerders Syntus en NoordNed huren diezelfde periode een aantal treinstellen. Hoewel NS de bedoeling heeft om negentien stellen te moderniseren om het materieeltekort op de geëlektrificeerde baanvakken op te vangen, zijn in 2001 en 2002 uiteindelijk vijftien stellen uitgebreid gereviseerd. De laatste ongereviseerde stellen gaan die periode buiten dienst. In december 2003 gaan ook de laatste gemoderniseerde treinstellen alweer terzijde.

In 1957 start de Trans Europ Express en gaan heel West-Europa gaan snelle moderne treinen rijden. Verschillende nationale spoorwegmaatschappijen bouwen nieuw materieel voor de internationale verbindingen. NS en SBB ontwikkelen samen een reeks vierdelige dieseltreinstellen. Het luxe materieel rijdt onder andere tussen Amsterdam en Parijs en tussen Amsterdam en Zürich. In 1974 gaan de stellen alweer buiten dienst. Drie jaar later zijn vier treinstellen naar Canada verscheept waar ze tot 1992 dienst doen bij de Ontario Northland Railroad. In 1979, 1980 zijn de motorrijtuigen vervangen door diesellocs. In 1998 keren vijf terzijde gestelde rijtuigen terug naar Europa. Vanaf 2021 zijn de rijtuigen eigendom van het Nederlands Transportmuseum.

Tijdens de wederopbouwperiode moderniseert NS in snel tempo het materieelpark. Op de trajecten waar elektrificatie niet direct aan de orde is, vervangt modern dieselelektrisch materieel van het type Plan X de laatste stoomtreinen. Van 1952 tot 1955 bouwt Allan in Rotterdam 30 motorrijtuigen DE-1 en 46 tweewagenstellen DE-2. Het materieel krijgt op beide neuzen een gevleugeld aluminium logo van NS en de fabrikant. In combinatie met de moderne lichtblauwe kleurstelling zorgt dit voor de bekende bijnaam Blauwe Engel. Halverwege de jaren '70 zijn 26 treinstellen grondig gemoderniseerd. De motorrijtuigen en niet gemoderniseerde treinstellen rijden in 1985 voor het laatst. Hoewel het de bedoeling is de gemoderniseerde tweewagenstellen begin jaren '90 samen met het Plan U materieel te vervangen, rijden de laatste treinstellen tot in 2002 op het Nederlandse spoorwegnet.

Terwijl de elektrificatie van het Nederlandse spoorwegnet in volle gang is, bestelt NS voor de inzet op de lange afstanden tussen de grote steden en Groningen en Twente achttien dieselelektrische vijfwagentreinstellen. De treinstellen zijn groter, sneller en luxueuzer dan hun voorgangers. Allan, Beijnes en Werkspoor leveren de stellen in 1940 en 1941. Vanwege de oorlog neemt NS de stellen niet in gebruik. Na de oorlog zijn van de overgebleven rijtuigen en enkele rijtuigen uit het Materieel ’40 veertien treinstellen samengesteld. De eerste twee stellen komen uiteindelijk in 1946 in dienst. Hoewel ze zijn bedoeld voor de langeafstandsverbindingen, rijden ze alleen rond 1950 op de geplande trajecten. Hierna komen ze tussen Nijmegen en Vlissingen nog enigzins tot hun recht. Hier verdwijnen ze na de elektrificatie van de verbinding in 1957. Vervolgens rijdt het materieel enige jaren op secundaire lijnen. Begin jaren ’60 verdwijnen ze ook hier door de komst van de nieuwe Plan U treinstellen. De dieselvijven slijten hun laatste jaren voornamelijk in verschillende spitsdiensten en tussen Amsterdam en Enkhuizen. Het grootste deel van de stellen staat de laatste tien jaar vrijwel de hele dag stil. In mei 1974 is ook het traject Amsterdam - Enkhuizen geëlektrificeerd en gaan de treinstellen, ooit bedoeld als het paradepaardje van de Nederlandse Spoorwegen, buiten dienst.

In 1934 introduceert NS voor het eerst een serie dieselelektrische treinstellen. De stellen ogen zeer modern door hun gestroomlijnde vormen en zilvergrijze kleurstelling. De Dieseldrieën zijn de eerste treinstellen die bestaan uit een vaste samenstelling van rijtuigbakken. In het midden bevindt zich een motorrijtuig en aan beide uiteinden een kopbak. De stellen zijn bestemd voor snelle diensten tussen de grote steden. Diesel wordt die periode een modeterm voor veel moderne producten. Door de elektrificatie van de meeste hoofdspoorlijnen eind jaren '40, begin jaren '50 schuiven de treinstellen door naar verschillende secundaire lijnen. In 1964 worden de laatste exemplaren buiten dienst gesteld. Treinstel 27 is na de buitendienststelling teruggebracht in de oude kleurstelling en in 1968 als statisch object in het Spoorwegmuseum geplaatst. De overige exemplaren zijn gesloopt.

Na de Eerste Wereldoorlog neemt het belang van de trein als vervoermiddel door de komst van vrachtwagen, autobus en de fiets snel af. NS zoekt dan ook op verschillende manieren naar een aantrekkelijke, maar vooral goedkopere exploitatie van het spoorwegnet. Begin jaren '20 zijn voor het reizigersvervoer de eerste verbrandingsmotorrijuigen ontwikkeld. Met de inzet van de motorrijtuigen kunnen de exploitatiekosten aanzienlijk omlaag. Zo verbruiken de rijtuigen bij stilstand geen brandstof, vergen ze veel minder onderhoud en zijn een stoker en een tweede conducteur niet langer nodig. In de loop van de jaren '20 en '30 ontwikkelt NS diverse kleine series motorrijtuigen. In 1937 komt zelfs een stroomlijnversie op de baan. De eerste jaren na de Tweede Wereldoorlog verdwijnen de laatste motorrijtuigen alweer van het Nederlandse spoorwegnet.