Le 1er janvier 1930, la CMP absorbe le Nord-Sud et redevient l'unique exploitant du réseau. Les lignes A et B du Nord-Sud sont intégrées au réseau de la CMP sous les indicatifs 12 et 13. L'exploitation et l'infrastructure sont uniformisées, avec en particulier la suppression de la caténaire caractéristique des lignes Nord-Sud. En 1932, la ligne 14 (Montparnasse - Porte de Vanves) est décidée, reprenant le tracé de la ligne C du Nord-Sud non réalisé par la compagnie.
Durant les années 1930, le réseau connaît une progression continuelle, avec des chantiers dans plusieurs quartiers de la capitale. Les lignes 8 et 9 en particulier sont prolongées sous les Grands Boulevards dans un ouvrage commun. Cette réalisation dans un terrain instable provoque une importante opposition et fait parler certains journalistes de la « folie du métro », dénonçant ces extensions continuelles qui doublent inutilement selon eux les lignes d'autobus. En 1931, la ligne 8 est prolongée jusqu'à la porte de Charenton, pour desservir l'exposition coloniale. En 1933, la ligne 9 atteint la porte de Montreuil. En 1935, la ligne 11 est ouverte, elle relie le centre de Paris au quartier de Belleville, après la suppression de l'original tramway funiculaire, similaire au cable car de San Francisco, qui en assurait auparavant la desserte de 1891 à 1924.
La décennie voit également se réaliser un important remaniement qui concerne quatre lignes : les 7, 8, 10 et 14. L'achèvement de la traversée sous-fluviale de la ligne 7 en 1931 permet une première réorganisation. Le tronçon Jussieu - Porte de Choisy est rétrocédé de la ligne 10 à la ligne 7. En 1937, la ligne 10 subit sa plus grosse modification dans la partie ouest avec un impact sur plusieurs autres tronçons de ligne, qui sont rattachés à d'autres lignes afin de constituer un réseau géographiquement plus cohérent. C'est ainsi que la desserte d'Auteuil est rattachée à la ligne 10 qui devient un axe est-ouest, que la desserte du centre du 15e arrondissement est réalisée par la ligne 8, et que l'ancienne ligne 14 relie Invalides à Portes de Vanves, reprenant au nord un tronçon de la ligne 10.
Parmi les innovations de cette époque, les plans indicateurs lumineux d’itinéraires font leur apparition dans les stations, et apportent une aide efficace à l'orientation des voyageurs.
La loi du 21 mars 1948 crée l'office régional des transports parisiens, autorité de tutelle du réseau, et la régie autonome des transports parisiens (RATP), établissement public à caractère industriel et commercial, qui se voit chargée de l'exploitation des réseaux du métro et de surface. Malgré des moyens financiers très restreints, elle met immédiatement en œuvre une modernisation urgente de son réseau, dont l'attractivité est en chute. En 1951, la RATP présente à l'État son plan décennal. Le principal effort est porté sur le matériel roulant vieillissant ; en effet, 20 % des motrices datent encore, à cette époque, de la période précédant la Première Guerre mondiale. Ce plan propose également des extensions de lignes en banlieue, mais plus aucun prolongement du métro n'est de fait mis en chantier faute de budget et surtout de volonté politique ; seul le prolongement vers Carrefour Pleyel, au nord de la ligne 13 et commencé durant la guerre, est achevé en 1950 et mis en service en 1952.
L'arrivée du nouveau matériel articulé sur l'extension de la ligne 13 à Carrefour Pleyel marque une rupture avec l'ancien matériel Sprague-Thomson. Il possède un aspect moderne, avec des sièges en cuir et un éclairage fluorescent, ce qui lui apporte un succès certain auprès du public. Cette évolution, pourtant limitée, permet de changer l'image du métro auprès des Parisiens et d'amorcer le retour de son attractivité.
Mais la principale évolution provient d'une nouvelle technologie mise au point par les ingénieurs de la régie : le métro sur pneumatiques. Plus silencieux et possédant de meilleures accélérations et décélérations grâce à son adhérence accrue, ce matériel permet d'augmenter le débit d'une ligne et de réduire significativement la surcharge chronique des lignes les plus fréquentées. Le MP 51 est livré en juillet 1951 et réalise une série de tests sur la voie navette. Les résultats sont concluants et la RATP passe commande du MP 55, destiné à équiper à titre de test à grande échelle une ligne secondaire mais au profil difficile, la ligne 11. Elle est équipée de ce matériel de 1956 et 1957. La présentation sur la ligne de la première rame complète, le 8 novembre 1956, a un retentissement médiatique considérable, les nombreuses nouveautés présentes marquant une rupture importante avec le matériel ancien.
En parallèle, la modernisation des stations est entreprise, avec la pose d'éclairages fluorescents, plus puissants, et l'amélioration des accès. La rénovation en profondeur est néanmoins impossible à mettre en œuvre, faute de crédits. La RATP choisit alors l'option du carrossage métallique, qui permet de moderniser l'apparence des stations sans nécessiter des investissements trop importants. La première station équipée d'un carrossage publicitaire est Franklin D. Roosevelt en 1957, dont l'esthétique nouvelle fait vive impression.
En 1959, l'office régional des transports cède la place au syndicat des transports parisiens, organisme géré de façon paritaire par l'État et les collectivités locales. Il a pour missions essentielles d'approuver les projets de développement et de fixer les tarifs. L'expérience de la ligne 11 est concluante et la RATP décide de convertir sur pneumatiques les lignes 1 et 4, qui sont les plus fréquentées et surchargées du réseau, la première atteignant 140 % de charge aux heures de pointe. Le seul équipement avec des rames sur pneumatiques ne peut suffire à soulager ces lignes ; en conséquence, l'allongement des quais à 90 mètres pour des rames de six voitures est décidé. La ligne 1 est équipée de matériels sur pneus en 1963 et 1964, et la ligne 4 en 1966 et 1967, ce qui accroît leur capacité de transport d'environ 30 %.