Tussen 1910 en 1920 werden 109 stoomlocomotieven met de nummers 685 t/m 778 en 785 t/m 799 geleverd aan de Staatsspoorwegen (SS). De locomotieven werden geleverd door vier verschillende fabrikanten, waaronder Werkspoor in Amsterdam. In 1911 werd de 731 geleverd aan de SS, hij was de eerste locomotief van de serie die in Nederland werd gebouwd. De locomotieven hadden twee keer zoveel vermogen als hun voorgangers, de SS 801 t/m 935 (gebouwd tussen 1899 en 1906). Daardoor waren ze zeer geschikt voor sneltreindiensten en kregen ze de bijnaam 'Jumbo'.

De Hollandsche IJzeren Spoorweg-Maatschappij (HSM) en de Staatsspoorwegen (SS) waren bij het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog (1914 - 1918) door eerdere fusies en het overnemen van de exploitatie van andere spoorbedrijven de grootste spoorvervoerders in Nederland. De bedrijven concurreerden hevig met elkaar, maar vanwege de oorlogsdreiging werden beide spoorbedrijven tijdens de oorlog onder militair gezag geplaatst. Vanwege de tekorten door de oorlog richten de HSM en SS per 1 januari 1917 een nieuw samenwerkingsverband op: de Nederlandsche Spoorwegen (NS). Onder het nieuwe samenwerkingsverband werkten de bedrijven nog beter samen. In 1921 werd al het spoorwegmaterieel omgenummerd naar nieuwe nummerschema's van de NS. Vanaf eind jaren '20 begon NS met het invoeren van haar eigen huisstijl op het materieel om zo de verschillende huisstijlen te vervangen. Er werd gekozen om alle treinen donkergroen te schilderen. NS koos voor een donkere kleur, zodat de treinen minder vies werden. Na de oorlog kregen de treinen en trams hevige concurrentie van bussen, personenauto's, fietsen en vrachtwagens. Andere kleinere, nog bestaande spoorbedrijven lieten vanwege de verliezen hun exploitatie overnemen door de NS. Per 1 januari 1938 werden alle vervoerders waarvan NS de exploitatie verzorgde geheel gefuseerd en was NS nog het enige spoorbedrijf dat op het hoofdspoor reed. Op de tram- en lokaallijnen reden nog wel andere bedrijven.

Na de eenwording tot de NS leverde Werkspoor in Amsterdam nog zes locomotieven van de serie. Deze locomotieven waren nog door de SS besteld. De gehele serie kreeg in 1921 de nummers NS 3701 t/m 3815. De SS 731 werd omgenummerd naar de NS 3737. De locomotieven waren zo succesvol dat NS in 1928 nog een bestelling deed van vijf locomotieven. De serie locomotieven bestond toen uit 120 exemplaren, de 3701 t/m 3820.

Tijdens de beurscrash van oktober 1929 stortten plotseling de aandelenkoersen op de beurs van Wall Street (New York) in. Dit leidde tot de Great Depression. Dit kwam door de overproductie van Amerikaanse boeren, veroorzaakt door overproductie van de industrie door mechanisering en dat de export naar Europa sterk terugliep. Vanaf 1933 voerde Amerika de New Deal in, waardoor het uit de crisis kroop. Door de toenemende welvaart kwamen gestroomlijnde modellen erg in de mode. Die rage waaide ook over naar Europa. De Rijtuig- en Wagenbouw van de Nederlandsche Spoorwegen ontwierp nieuwe dieseltreinen met een gestroomlijnde vorm. In 1934 introduceerden de Nederlandsche Spoorwegen de eerste (diesel)treinstellen van Nederland. Dit materieel kreeg de naam DE3 of Materieel '34. Door het gestroomlijnde ontwerp hadden de treinstellen minder luchtweerstand, waardoor ze sneller waren en minder diesel verbruikten. De hypermoderne treinstellen waren een sensatie tussen de oude stoomlocomotieven en moesten beter gaan concurreren met de opkomende concurrentie van de auto's. Ook enkele stoomlocomotieven van de serie NS 3700 werden gestroomlijnd. In 1936 werd de 3804 als eerste voorzien van een gestroomlijnde behuizing. De locomotief kreeg hierdoor de bijnaam 'Potvis'. De zware behuizing kostte extra kolen en water en leverde weinig op. Hierom werd de gestroomlijnde behuizing weer van de locomotieven gehaald.

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. 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 reed NS op 16 juni 1956 voor het laatst een trein met houten rijtuigen. NS reed nog uitsluitend met comfortabelere en veiligere stalen rijtuigen. Twee jaar later verving NS ook de laatste stoomlocomotief. De 3737 reed als laatste stoomtrein van NS op 7 januari 1958 van Geldermalsen naar het Spoorwegmuseum in Utrecht. Hier werd de locomotief door NS overgedragen aan het Spoorwegmuseum en opgenomen in de collectie. Nederland was een van de eerste landen in Europa waar stoomlocomotieven niet meer op het hoofdnet gebruikt werden. Op de grensbaanvakken met Duitsland waren echter tot in de jaren '70 nog wel Duitse stoomlocomotieven te zien. Ook bij bedrijven rangeerden stoomlocomotieven nog tot aan het begin van de jaren '70. De ex-WSM 23 rangeerde bij de Verenigde Coöperatieve Suikerfabrieken (VCS) in Zevenbergen en werd in 1970 als een van de laatste stoomlocomotieven buiten dienst gesteld.

In 1974 kwam de NS 3737 weer rijvaardig terug op het spoor. Het Spoorwegmuseum in Utrecht was de standplaats van de 3737 en vanuit Utrecht reed hij enkele ritten door het land. In 2003 bezocht de 3737 Winterswijk ter ere van 125 jaar openbaar vervoer in de Achterhoek. Toen kwamen enkele defecten aan het licht. De 3737 werd daarna buiten dienst genomen om deze defecten te herstellen. Mede door de te hoge kosten werd besloten om de locomotief niet meer te herstellen. In 2011 vierde het Spoorwegmuseum het 100-jarig bestaan van de 3737 met de laatste machinisten die nog op de stoomlocomotief hebben gereden.

De NS 3737 heeft vanwege haar cultuurhistorische waarde de hoogste A-status toegekend gekregen binnen het Nationaal Register Railerfgoed.