終戦直前資材の入手難で、在籍車両の50%近くが運転不能になるが、職員の復員、熟練工の新規採用による労力不足の解消で、順次回復に向かう。軌道関係においても、老朽枕木、摩耗軌条の交換、道床補充を行い、電気関係でも架線張替などが行われた。また1948年2月には電動・制御客車各3両増備、7月京都駅3号線増設が行われた。これらの施設復旧・改良により戦時中の低速運転は、戦後5回のダイヤ改正により1949年8月には戦前の車両走行距離で見ると333万キロと1934年から1936年の約40%増の状態まで回復した。戦後、工員輸送は沿線の軍需工場の操業全面停止で激減したが、戦災者の転入や極端な食糧危機で主食類を都市へ運ぶ『かつぎ屋』などが殺到し1947年上期まで急上昇した。
1943年2月6日、奈良電気鉄道と京阪電気鉄道は運輸協定を結ぶ。京阪の丹波橋駅を大阪方面に87m移動、大阪・西大寺方で両社の線路を立体交差させ、駅には構内地下道を新設、堀内駅（現：近鉄丹波橋駅）を廃止して共同使用駅に改築するものであった。しかし当局預かりになり、京阪電気鉄道と阪神急行電鉄とが合併して京阪神急行電鉄になった後の1944年4月24日に再度協定を締結。同年6月6日工事方法書変更申請を行うが、戦局の悪化で資材調達がままならず、奈良電と京阪神急行が交差する部分のうち、大阪方面での立体交差計画を平面交差に、構内地下道を踏切道に設計変更が行われた。しかし立体交差が平面交差に変更されたことは両社のダイヤ編成に制約を受けることとなった。当局からも『乗降場ハ極力『セメント』ヲ用ヒザル構造トシ資材ノ節減ニ留意スルコト』指示を受ける。1944年8月2日に許可された。不要不急線指定による嵐山線の単線化などで確保した資材を転用して着工するが、戦局の悪化で工事が遅れ、完成は終戦後になり、上り線は1945年12月10日、下り線は同年12月20日に完成。翌12月21日より奈良電 - 京阪神急行（一部近鉄 - 奈良電 - 京阪神急行の3社乗り入れ）間で乗り入れ開始となった。京阪神急行が京阪に、奈良電が近鉄となった後も直通運転は継続されていた。桃山御陵前駅 - 堀内駅間は、桃山御陵前駅構内側線として残置し、堀内駅以北は廃線となった（後述）。
山田川駅 - 平城駅間、宇治起点24kmから分岐し法華寺を経て省線奈良駅西口に至る4.6km路線で、自社完結で京都 - 奈良間を30分で結ぶ計画であった。1927年11月8日に免許申請し、1928年4月4日免許を取得したが、工事着手することなく1942年1月27日失効している。
1928年に京都 - 西大寺間が全通し、即位大典では大きな輸送成績を収めた。しかし、奈良電は京阪神のような規模ある経済圏を結んでおらず、通常は京都・奈良もしくは、大阪電気軌道を介した橿原への観光遊覧が大きな収益源であった。この需要は乗客の季節変動が大きく、独立した鉄道経営には100km程度の営業規模が必要と考えられた。その対策として、以下の3つの延伸路線が申請された。これらはいずれも世界恐慌や五私鉄疑獄事件の影響もあって未成線で終わった。
11月3日に、まず本社所在地でもあった桃山御陵前駅から西大寺駅の間で営業が開始された。全線の営業開始は、儀式がすべて完了した直後の11月15日となった。当初より大軌の保有する奈良線・畝傍線（現：橿原線）と直通運転を行い、国鉄奈良線で京都 - 奈良間の所要時間が1時間10分であった所を、急行が45分、普通が58分で結んだ。しかし営業成績は当初芳しいものでなく、大軌と提携して京都駅-上本町駅（上六）間の割引乗車券を販売するなど、集客に苦心した。
高原山の黒曜石が旧石器時代と縄文時代に関東地方で広く利用されていたことは、昭和30年代（～1964年）から知られていた。高原山のうち黒曜石礫の分布が知られていたのは、高原山の北東の甘湯沢、東の桜沢、南の七尋沢である。当初は、これらの沢で旧石器時代の人々が礫を拾い石器に加工していたと考えられていた。これらの黒曜石の礫の供給源について、2004年（平成16年）の調査で矢板市は、桜沢の支流、北沢において露頭する黒曜石を含む白色層であると推定した。これに対し田村隆らは、産出される黒曜石がどれも小さいため白色層は沢にある大きさの礫の供給源にはなりえないと考え、別の場所にある地層を求めて探索を続けた。田村は、2000年（平成12年）に登山道を整備した矢板岳友会の情報に基づいて剣ヶ峰から大入道までの登山道にあたりをつけた。そして2005年（平成17年）7月24日に単独で高原山にて調査を実施した田村は、剣ヶ峰と大入道の中間位置の斜面に黒曜石の角礫が多量に分布するのを見出し、その中に石器の剥片多数をも発見した。これを受けて2005年7月30日から8月にかけて石器石材研究会が調査を行い、別の複数地点の遺跡と、多数の石核、石器を採取した。これにより、旧石器時代の黒曜石の石器が上述した沢で採取されたのではなく、上記斜面が旧石器時代の黒曜石の供給源であったこと、および、当該斜面付近で旧石器時代に石核が搬出され、石器も作製されたことが判明した。2006年（平成18年）からは矢板市教育委員会により5か年計画での発掘調査が実施された。現地は車両が入れず麓から徒歩で片道1時間40分以上かかるものの、数万点の石が人力により運び下ろされた。