Po dwóch latach w 2001 nastąpiła fuzja z pierwszoligowym klubem Wełbyżd Kiustendił, który przed rozpoczęciem sezonu 2001/02 klub przeniósł się do Płowdiwa tworząc Łokomotiw 1936 Płowdiw i uzyskując tym samym prawo gry w Wisszej profesionałnej futbołnej lidze.
Łokomotiw tylko raz zdobył mistrzostwo Bułgarii - w 2004 roku. Wówczas też podopieczni Eduarda Eranosjana walczyli o udział w Lidze Mistrzów, ale przegrali z belgijskim Club Brugge. W tym samym roku, po pokonaniu 1:0 Liteksu Łowecz, w klubowej gablocie stanął Superpuchar kraju.
Wcześniej, w 1973 roku, zespół został wicemistrzem Bułgarii, ponadto pięciokrotnie (ostatni raz w sezonie 2005/06) zajmował trzecie miejsce. W latach 60. i 70. gwiazdą klubu był jeden z najlepszych piłkarzy w historii kraju i późniejszy selekcjoner reprezentacji Christo Bonew. W Łokomotiwie, który słynął z dobrego szkolenia młodzieży, pierwsze kroki stawiali m.in. Christo Kolew i Georgi Iwanow.
20 maja 2011 decyzją walnego zgromadzenia klubu przemianowano go na PFK Łokomotiw Płowdiw 1926 AD.