Die Wirtschaftskrise der späten 20er und beginnenden 1930er Jahre, die Verbesserungen der Straßenverhältnisse und der damit einhergehende zunehmende Autoverkehr zwangen die Kleinbahn zu Reformen, um dem Fahrgastrückgang entgegenzuwirken. Triebwagen galten damals als Innovation und Patentrezept gegen Fahrgastschwund. So bestellte die Bahn einen ersten Dieseltriebwagen bei der Waggonfabrik Gotha. Das Fahrzeug wurde 1935 als T 1 in Dienst gestellt und erfüllte die Erwartungen: Wenige Jahre später kaufte die Bahn einen weiteren Triebwagen.
Der Moorexpress in der NS-Zeit war jedoch nicht nur eine Zeit der technischen Modernisierung – in diese Epoche fiel auch das düsterste Kapitel der Unternehmensgeschichte. Die Kleinbahn fungierte als Zubringer zum Kriegsgefangenen- und KZ-Auffanglager Sandbostel. Über eine Million Kriegsgefangene aus 46 Nationen waren zwischen 1939 und 1945 im Lagerkomplex Sandbostel unter grausamen Bedingungen inhaftiert. Die Häftlinge trafen in Viehwaggons in Bremervörde oder im eigens dafür ausgebauten Bahnhof Brillit ein. Oft waren sie erschöpft und krank – und wurden im Lager ausgebeutet. Die Fahrt mit der Kleinbahn war für viele Gefangene daher eine Reise in den Tod: Über 50 000 von ihnen überlebten die Haftzeit nicht.
Dafür, dass die Kleinbahnzüge fahren konnten, sorgten nach Beginn des Krieges zunehmend Kriegsgefangene und so genannte Zivilarbeiter aus Polen und Russland. Sie flickten das Schienennetz und arbeiteten auf den Lokomotiven und in der Werkstatt. Eine Arbeit, die nicht nur hart war, sondern auch zunehmend riskanter wurde, als die Strecke ab August 1941 ins Visier alliierter Bomber geriet. Immer wieder kam es zu Angriffen auf die Züge und Gleisanlagen – das Reisen mit der Kleinbahn, die ab 1942 als „Bremervörde-Osterholzer-Eisenbahn“ (BOE) firmierte, war lebensgefährlich geworden.
Die Menschen waren in den letzten Monaten des Krieges hochgradig mobil: Flüchtlinge aus den Großstädten und den Ostgebieten suchten Schutz auf dem Lande, Kinder und Alte wurden als „Volkssturm“ in einen längst verlorenen Krieg geschickt. Und im April 1945 erreichten noch tausende Häftlinge aus dem KZ Neuengamme und seinen Außenlagern Sandbostel.
Der Moorexpress fuhr noch bis in die letzten Apriltage. Aber dann war Schluss: Staatsbahnstrecken waren unterbrochen, das Kleinbahngleis südlich von Bremervörde unpassierbar. Außerdem lag die Hamme-Brücke zerstört im Fluss – sie war in den letzten Kriegstagen noch gesprengt worden. Am 2. Mai 1945 besetzten die britischen Truppen schließlich Bremervörde, am 8. Mai kapitulierte der NS-Staat. Der Krieg war vorbei.