In den 1930er Jahren mussten sich die Kölner Bahnen auf neue Rahmenbedingungen einstellen. Bereits die Wirtschaftskrise der endenden 1920er Jahre hatte dem Unternehmen mit dramatisch sinkenden Fahrgastzahlen und Einkünften ernste Probleme bereitet, auf die man u. a. mit Leistungseinschränkungen reagiert hatte.
Wenngleich die Wirtschaftskrise die Bahnen in seiner Substanz nicht geschädigt hatte, war die wachsende Konkurrenz des Individualverkehrs langfristig folgenreicher: Der steigende Auto- und Fahrradverkehr bedeutete für die Bahnen den Verlust ihrer bislang unangefochtenen Monopolstellung als städtisches Verkehrsmittel.
Daher nutzten die „Bahnen der Hansestadt Köln“, so der Unternehmensname ab 1935, die Zeit der wirtschaftlichen Erholung ab Mitte des Jahrzehnts zu Maßnahmen um weiterhin als großstädtisches Verkehrsmittel konkurrenzfähig zu bleiben. Der teilweise überalterte Wagenpark wurde modernisiert.
Zudem konnte man die weit reichenden Pläne für den Umbau der Stadt Köln zu Verbesserungen der Verkehrsabwicklung nutzen. Die 1932 und 1939 durchgeführten Straßendurchbrüche zwischen Hahnentor und Heumarkt waren u. a. mit dem Ziel der Anpassung der verwinkelten Straßen der engen Innenstadt an den wachsenden Großstadtverkehr verbunden. Die Kölner Bahnen benutzten diese neuen Wege rasch und beschleunigen damit ihren Verkehr.
Ende der 1930er Jahre standen die Bahnen der Hansestadt Köln auf dem Höhepunkt ihrer Entwicklung in Bezug auf Streckenausbau, Liniennetz und Fahrzeugbestand. Der Ausbruch des zweiten Weltkriegs beendete diese Zeit neuer Entwicklungen des Öffentlichen Personennahverkehrs.
Die ab 1942 immer stärker werdenden alliierten Bombenangriffe auf Köln zerstörten weite Teile des Streckennetzes sowie zahlreiche Betriebsanlagen und Fahrzeuge. Um einen halbwegs regelmäßigen Betrieb aufrechtzuerhalten, wurden nun verstärkt ausländische Zivilarbeiter und Kriegsgefangene, bald auch Zwangsarbeiter zur Schadensbehebung eingesetzt.
Zugleich kam es zu massiven Einschränkungen des Fahrbetriebs. Diskriminierungen und Repressalien des nationalsozialistischen Regimes machten auch vor den Bahnen der Hansestadt Köln nicht Halt: Ab 1942 war Juden die Benutzung öffentlicher Verkehrsmittel untersagt.
Angesichts wachsender Schäden endete der regelmäßige Fahrbetrieb ab 1943: Seit Herbst 1944 war Bahnfahren in Köln nur noch zeitweilig auf Teilstrecken möglich. Die letzte Kölner Straßenbahnlinie fuhr bis zum 14. Januar 1945 vom linksrheinischen Merheim bis zum Eigelstein.
Im rechtsrheinischen Köln fuhr die Linie B sogar noch bis zum 14. April 1945 auf einer kurzen Strecke. Zu dieser Zeit war der Krieg im linksrheinischen Köln schon vorbei, es wurde am 6. März 1945 von den Amerikanern besetzt.