戸畑発電所による発生電力の周波数は50ヘルツであった。前述の通り九州では他にも50ヘルツの発電所があり、九州の電力圏の過半を占める60ヘルツ圏の中に50ヘルツ圏が混在する状態が戦前から長く続いていた。周波数をどちらかに統一する動きはあったものの資金・資材や電力需給の面から容易ではなく、実行には至っていなかった。こうした中、戦後の電力需要増加で50ヘルツ圏の需給が逼迫したのを機に周波数統一が具体化し、研究の結果、北九州の戸畑・小倉両発電所の改造を需要家側の60ヘルツ転換と並行して実施することとなった。戸畑発電所では1・2号発電機が改造対象に選ばれ、1950年4月に2号機、同年12月に1号機の60ヘルツ化工事が完了した。残る3・4号機の改修工事は他に火力発電所が新設されたことから中止され、そのまま1960年（昭和35年）12月8日付で廃止された。1960年代に入ると、九州電力では火力発電主体の電源開発計画を立案して新型の大容量発電所を相次いで建設した。北九州では1961年（昭和36年）10月に出力15万6000キロワット（翌年から31万2000キロワット）の新小倉発電所が運転を開始している。その一方で旧式発電所は相次いで廃止されており、戸畑発電所についても残存設備（出力5万4000キロワット）が1964年（昭和39年）8月31日付で廃止された。
1938年4月、特殊会社日本発送電を通じた政府による発送電の管理を規定した「電力管理法」が公布され、続く同法施行令で出力1万キロワット超の火力発電設備は日本発送電に帰属するものと定められた。これに従い同年8月、西部共同火力発電は戸畑発電所を日本発送電設立の際に同社へ出資するよう逓信大臣より命ぜられた。出資設備の評価額は784万8341円50銭で、出資の対価として日本発送電の額面50円払込済み株式15万6966株（払込総額784万8300円・出資対象33事業者中14位）が交付されている。翌1939年（昭和14年）4月1日、日本発送電は設立され戸畑発電所を継承。全設備を同社へ出資した西部共同火力発電は同時に解散した。日本発送電への引継ぎ時点における戸畑発電所の認可出力は5万3000キロワットで、さらに4号機（5万キロワット発電機）を増設するという第3期工事が進展中であった。4号機はその後1940年（昭和15年）11月に竣工し、発電所認可出力は10万6000キロワットとなった。1942年（昭和17年）11月にはボイラーが1缶追加され、認可出力は13万3000キロワットへとさらに引き上げられている。太平洋戦争後、燃料炭の炭質低下によって発電可能な出力が10万キロワットに低下したことから、当時の深刻な電力不足も鑑みて早急に発電力を増強すべくボイラーを2台増設することとなった。この計画により1950年（昭和25年）1月に7号ボイラー、同年4月に8号ボイラーが竣工している。翌1951年（昭和26年）5月1日、電気事業再編成による日本発送電解体に伴い戸畑発電所は許可出力13万3000キロワットのまま九州電力へと継承された。
1963年7月11日に新住宅市街地開発法が公布され、それに基づき東京都は多摩ニュータウンを開発する計画を立てた。そして、居住者の多くが都心へ通勤することを考慮し、小田急電鉄と京王帝都電鉄（現：京王電鉄）の2社にニュータウン鉄道として新線の建設を要請した（計画段階では西武鉄道多摩川線の延長案もあった）。これに先立つ1962年には運輸省都市交通審議会の答申第6号で「喜多見方面より原宿、永田町、日比谷、池ノ端および日暮里の各方面を経て松戸方面へ向かう路線」として「東京8号線」の整備が提案されており、1964年には同区間が「東京9号線」として確定した上で、1972年の同審議会第15号答申では「橋本 - 喜多見」間が追加されて、多摩ニュータウンから都心部へのルート整備が進められる事になった。小田急は当初、喜多見駅から分岐してよみうりランド付近および稲城市内を経由して多摩中央（現在の「多摩センター駅」のことを指す）に至るルートを検討したが、新たに多摩川に架橋する必要が生じるうえ京王相模原線と同じルートとなることからその後百合ヶ丘駅付近から分岐することに計画を変更した。百合ヶ丘付近にはS字カーブがあり、輸送のネックが生ずることが予想されたことから、路線の付け替えを行い、その途中に分岐駅となる新百合ヶ丘駅を設置することとした。こうして1974年6月1日に新百合ヶ丘 - 小田急永山間、続いて1975年4月23日には小田急永山 - 小田急多摩センター間が開業した。しかし、小田原線の線路容量が逼迫していることもあって、多摩線のほとんどの列車は線内折り返しで運転せざるを得ず、朝ラッシュ時のわずかの各停を除き、新宿方面へは新百合ヶ丘駅で乗り換えが必要となった。一方の多摩ニュータウンに並行して乗り入れている京王相模原線が開業当初から都心方面（新宿駅・都営新宿線）への直通列車を運転していたことと、さらに2005年3月20日の小田急線運賃改定まで小田急多摩センター - 小田急永山間の運賃と京王多摩センター - 京王永山間の運賃に差異もある（大人初乗り運賃で京王が130円に対して小田急は140円であった）ことから、小田急多摩線は京王相模原線に相当数の乗客を奪われていた。そのため、日中はあたかも地方ローカル線のような線内列車（2両編成が主だった1980年代には15分間隔で4両編成が運転された）のみが行き来する閑散路線と化していた。小田急で最後に開業した路線にもかかわらず、車両は1980年代まで18 m級の2400形などが主力で、それで十分の輸送量しかなかったのである。