W 1930 roku zmarł Herbert Dow, kierowanie firmą przejął jego syn Willard H. Dow. W tym czasie przedsiębiorstwo rozwinęło zaplecze badawcze i weszło na rynek tworzyw sztucznych. Wśród produktów, które weszły wówczas na rynek, były m.in. saran, styropian (pod nazwą handlową STYROFOAM), etyloceluloza, czy polietylen. W 1940 roku spółka rozpoczęła budowę zakładu produkcyjnego we Freeport w Teksasie. Produkowano tam m.in. magnez, na który było znaczne zapotrzebowanie w czasie II wojny światowej. W czasie wojny i zaraz po niej przedsiębiorstwo rozpoczęło ekspansję międzynarodową, powstały spółki zależne: Dow Chemical Canada, Ltd., Brazos Oil & Gas Co., japońska Asahi-Dow, Ltd.

W 1943 roku Dow oraz utworzyły , spółkę joint venture, której celem było wytwarzanie produktów na bazie krzemu.

W 1989 roku Dow oraz Eli Lilly and Company utworzyły joint venture DowElanco, spółkę specjalizująca się w produktach dla rolnictwa. W 1997 roku Dow wykupił w niej 100% udziałów i zmienił nazwę na Dow AgroSciences.

W 2001 roku Dow finalizował akwizycję spółki .