Na de Tweede Wereldoorlog herstelde de Nederlandse economie snel. Hierdoor kon Nederland, deels met het Amerikaanse Marshallplan, in de wederopbouw veel nieuw spoorwegmaterieel aanschaffen. Doordat de treinen en de infrastructuur heel ernstig waren beschadigd, werd besloten om tijdens het herstel grote stappen te maken in het moderniseren van het spoorwegnet. Grote delen van het spoor werden geëlektrificeerd en het materieelpark werd flink gemoderniseerd met de komst van veel nieuw materieel. Met de enorme modernisering wilde de Nederlandsche Spoorwegen in de jaren '50 stoomlocomotieven en houten rijtuigen buitendienst stellen. Een stoomlocomotief moet uren van tevoren al worden opgestookt voordat de machine kan worden ingezet. Naast kolen en water kost dit ook veel loon voor het personeel; op stoomlocomotieven moet namelijk ook een stoker aanwezig zijn. Houten rijtuigen zijn bij aanrijdingen onveiliger, omdat het hout veel minder sterk is, waardoor de rijtuigen volledig kunnen versplinteren. Tevens wilde NS het, meestal slecht presterende, materieel dat na de oorlog uit legerdumps en elders uit Europa werd gekocht of gehuurd snel vervangen. In de jaren na de oorlog bestelde NS, tot en met 1959, 173 dieselrangeerlocomotieven (de series 200, 450, 500, 600 en 700), 286 diesellocomotieven voor op de hoofdbaan (de series 2200, 2400 en 2600, de 2600'en werden in 1958 al aan de kant gezet), 100 elektrische locomotieven (de series 1100, 1200 en 1300), 311 rijtuigen (de series Plan-D, Plan-E, Plan-K en Plan-N), 48 postrijtuigen (de series Pec, Plan-C, Plan-E en Plan-L), twee fietsrijtuigen (Dec-rijtuigen, de rijtuigen werden na één jaar omgebouwd naar Pec-postrijtuigen), 297 elektrische treinstellen (de series Mat'46, Mat'54 en Mat'57), 81 dieseltreinstellen (de series Plan-X en TEE DE4) en meer dan tien duizend nieuwe goederenwagons. Door al het nieuwe materieel en het sluiten van tramlijnen nam NS in 1955 afscheid van de laatste stoomtram. Op 31 augustus 1955 reed de NS 7742 'Bello' als laatste NS-stoomtram van Bergen aan Zee naar Alkmaar. Een jaar later nam NS op 16 juni 1956 afscheid van de laatste houten rijtuigen. Op 7 januari 1958 reed de NS 3737 als laatste stoomtrein, in dienst van de Nederlandsche Spoorwegen, van Geldermalsen naar het Spoorwegmuseum in Utrecht. Nederland was een van de eerste landen in Europa waar stoomlocomotieven en houten rijtuigen niet meer op het hoofdnet gebruikt werden. Op de grensbaanvakken met Duitsland waren echter tot in de jaren '70 nog Duitse stoomlocomotieven te zien. Bij Nederlandse industrieën rangeerden stoomlocomotieven nog veel langer door. In 1975 werden de LV 13 en LV 14 (de oude NS 8811 en 8826) als laatste stoomlocomotieven in commerciële dienst in Nederland terzijde gesteld na het sluiten van de laatste steenkolenmijnen in Zuid-Limburg een jaar eerder.

Tijdens de wederopbouw na de oorlog was NS op zoek naar een manier om de dure en verouderde stoomlocomotieven op de nevenlijnen te vervangen. Vanwege de lage reizigersaantallen was elektrificeren van de vele enkelspoorige diesellijnen geen optie. NS besloot om nieuwe dieseltreinen te bestellen, zodat de exploitatiekosten flink daalden. Een stoomlocomotief moet uren van tevoren al worden opgestookt voordat de machine kan worden ingezet. Naast kolen en water kost dit ook veel loon voor het personeel. Ook waren voor een stoomloc altijd een machinist en een stoker nodig; op nieuwer materieel is een stoker niet meer nodig en het nieuwe materieel hoeft niet uren van tevoren al te worden klaargemaakt voor de dienst. In opdracht van NS ontwierp fabrikant Allan in Rotterdam nieuwe dieseltreinen. NS bestelde 30 motorwagens (die de typeaanduiding DE1 kregen) en 46 tweedelige treinstellen (die de typeaanduiding DE2 kregen) van het type Plan-X. De motorwagens kregen de nummers 21 t/m 50 en de tweedelige treinstellen de nummers 61 t/m 106. Allan ontwierp de treinen met een kenmerkende gestroomlijnde neus, die voor het eerst op de DE3-treinstellen uit 1934 werden toegepast. De Plan-X was de laatste serie die de gestroomlijnde neus kreeg. De Mat'54-treinstellen waren de eerste treinstellen die na de Plan-X werden geleverd en deze kregen een grote neus ter bescherming van de machinist. De 76 nieuwe dieseltreinen werden tussen 1953 en 1955 door Allan gebouwd. De Plan-X-treinstellen werden niet geschikt gemaakt voor eenmansbediening, waardoor nog wel een conducteur op de trein nodig was. De treinen werden blauw, met rode biezen en een wit dak. De dieseltreinen waren enkel voorzien van goedkope derdeklassezitplaatsen. Al snel kregen de treinstellen de bijnaam Blauwe Engel door hun blauwe kleur en het gevleugelde symbool van fabrikant Allan onder de voorruiten. De treinen waren ook de reddende engel van veel diesellijnen, die NS anders had gesloten vanwege de hoge kosten. De Blauwe Engelen waren op vrijwel alle diesellijnen in Nederland te zien. Enkele treinstellen werden voorzien van Duitse beveiliging, zodat de stellen naar het Duitse Aachen konden rijden.

Tegelijk met de levering van de Blauwe Engelen leverde Allaan op 31 mei 1954 de NS 20, het nieuwe inspectievoertuig voor de directie van NS. De NS 20 verving het oudere directierijtuig, de omBc 102 uit 1937. Hoewel de 20 technisch veel gelijkenissen had met de Blauwe Engelen, zag het treinstel er totaal anders uit. Waar normaal de cabines van de machinist zitten, waren twee vergaderruimtes geplaatst met elk plek voor 14 personen. Aan de voor- en achterkant waren ramen geplaatst waardoor men met een panoramazicht recht op het spoor kon kijken. De cabines voor de machinist werden als 'bulten' bovenop de motorwagen geplaatst. Hierdoor kreeg de NS 20 de bijnaam 'Kameel'. De motorwagen heeft geen koppelingen gekregen, zodat het treinstel mooier afgewerkt is. Tevens hoeft het belangrijke directierijtuig geen rijtuigen en wagons te trekken. Met een koppelboom kan een andere locomotief met de Kameel rangeren. De Kameel werd in dezelfde blauwe kleur geleverd als de andere Blauwe Engelen. Vanaf eind jaren '50 werden alle Blauwe Engelen rood geschilderd, de Kameel behield de blauwe huisstijl. Ondanks hun nieuwe kleur bleven de treinstellen de bijnaam Blauwe Engel houden. De rode kleur was de nieuwe huisstijl van dieseltreinstellen die NS hanteerde.

In 1973 hadden de oude Blauwe Engelen het einde van hun levensduur bereikt. NS moest een keuze maken tussen treinstellen vervangen door nieuwe treinen, de oude treinen grondig moderniseren of een aantal diesellijnen te sluiten. In het noorden van Nederland werden de Blauwe Engelen vervangen door nieuwe dieseltreinen van het type DH1 en DH2, die tussen 1981 en 1983 werden gebouwd. De 19 motorwagens van het type DH1 en de 31 tweedelige treinstellen van het type DH2 waren geschikt voor eenmansbediening, wat de exploitatiekosten nog goedkoper maakte. NS wilde niet meer nieuw dieselmaterieel kopen, omdat het bedrijf in de toekomst mogelijk nog diesellijnen wilde sluiten. Uit angst dat het nieuwe materieel dan zonder werk zou zitten, werd besloten om 26 tweedelige Blauwe Engelen een grondige modernisatie te geven waardoor deze toch langer in dienst konden blijven. Alle motorwagens en de overige tweedelige treinstellen werden afgevoerd, waarvan de laatste in 1985 buiten dienst ging. Tijdens de grondige modernisering werden de rode treinstellen voorzien van de gele huisstijl van NS en kregen ze hetzelfde interieur als de nieuwe SGM-treinstellen. De Blauwe Engelen kregen een nieuw type motoren en generatoren. De gehele cabine werd ook verbouwd, waardoor deze voor de machinist een stuk luxer was. De treinen kregen twee grote koelinstallaties op het dak om oververhitting, waar de treinstellen op hete zomerdagen nog weleens last van hadden, te voorkomen. Daarnaast kregen de treinstellen nog veel meer aanpassingen. Na de revisie kregen de treinstellen de nummers 161 t/m 186. In 1981 werd de NS 186 als laatste treinstel na de revisie afgeleverd.

In de jaren '90 bestelde NS 53 nieuwe tweedelige dieseltreinstellen van het type DM'90 om de oude Blauwe Engelen en de Plan-U-treinstellen te vervangen. De nieuwe Buffels werden tussen 1996 en 1998 geleverd. In 1997 vervingen ze de laatste Blauwe Engelen in de binnenlandse diensten in de Achterhoek, Limburg en Overijssel. Vanwege problemen met de toelating naar het Duitse Aachen reden de NS 178 en 179 als enige Blauwe Engelen nog een jaar langer door tussen Heerlen, Herzogenrath (D) en Aachen (D). In 1998 werden de Buffels toegelaten naar Aachen en dit betekende het einde van de inzet van de Blauwe Engelen bij NS. Op 13 augustus 1998 reden beide stellen hun laatste diensten voor NS.

In 1991 werd in de Europese Unie een nieuwe richtlijn aangenomen waarin onder andere staat dat directe staatsexploitatie van spoorwegen werd verboden en nieuwe vervoerders treindiensten zouden moeten kunnen uitvoeren. In Nederland werd de commissie-Wijffels aangesteld om te kijken hoe dit in Nederland toegepast zou moeten worden. Er werd besloten om niet het hele spoorwegnet, zoals men in Engeland wel deed, te liberaliseren maar slechts de verliesleidende spoorlijnen aan te besteden. De niet-rendabelenlijnen zouden vanuit de provincies worden aanbesteed en het bedrijf dat de goedkoopste dienst kon uitvoeren, won voor een aantal jaar de concessie. In samenspraak met de Nederlandse Spoorwegen kwamen rond 30 nevenlijnen in aanmerking om te worden geprivatiseerd. NS besloot om vanaf 24 mei 1998 de rustige nevenlijn Almelo - Mariënberg te sluiten en te vervangen door een busdienst. Over het sluiten van de spoorlijn werd in de Tweede Kamer heftig vergaderd en op het nippertje werd de sluiting van de lijn voorkomen. In oktober 1997 startte Twente de aanbestedingsprocedure om de treindienst Almelo - Mariënberg als eerste lijn in Nederland aan te besteden. Lovers Rail, die sinds augustus 1996 als eerste concurrent tegen NS concurreerde, en de busbedrijven Midnet en Oostnet deden een bod. In december 1997 werd bekend dat Oostnet het goedkoopste bod had gedaan en daarmee de treindienst had gewonnen. Vanwege het besluit van NS om op 24 mei 1998 de treindienst te staken, had Oostnet erg weinig tijd om zijn eerste treinen te rijden. Doordat Almelo - Mariënberg de eerste spoorlijn was die werd overgenomen van NS, was het voor alle betrokken partijen nieuw en kwamen veel problemen naar voren waar niet eerder over was nagedacht. Uit angst voor verdere imagoschade werkte NS goed samen met Oostnet. Voor de treindienst nam Oostnet drie terzijde gestelde Blauwe Engelen uit de jaren '50 over van NS. De rijvaardige 180 en de 186 en het plukstel 164 werden verkocht. Ook leidde NS de eerste machinisten van Oostnet op. Het lukte Oostnet in recordtempo om alles voor elkaar te krijgen en op 24 mei 1998 reed de eerste trein van een privaat op een van NS overgenomen baanvak. Doordat de machinisten van Oostnet enkel op Almelo - Mariënberg mochten rijden reed NS-personeel de treinstellen naar Hengelo om te tanken en voor onderhoud.

Eind 1999 ging Oostnet grotendeels op in Connexxion. Syntus voerde de treindienst met de 180 en 186 uit. Hiervoor werden de Oostnet-logo's vervangen door die van Syntus. In april 2001 ontstond brand in de motor van de 180, waardoor deze door Syntus terzijde werd gesteld. Er waren al plannen om de oude treinstellen te vervangen en hierdoor werd het niet meer rendabel geacht om de 180 te herstellen. Op 20 mei 2002 werd met de DE1 41 van het Spoorwegmuseum en de Syntus 186 een afscheidsrit gereden van het materieeltype. Dit was tevens de laatste inzet van de 186 bij Syntus. De treinstellen werden vervangen door twee motorwagens van het type DH1 'Wadlopers'. De 186 heeft 48 jaar in de reguliere reizigersdienst gereden en is hiermee het treinstel in Nederland dat het langste dienst heeft gedaan. De 186 is tegenwoordig te zien bij Transit Oost in Winterswijk.