Avec la sécession de la Belgique, en 1840, une révision de la Constitution devint indispensable. Certains libéraux, Thorbecke et Donker Curtius en tête, voulurent profiter de l'occasion pour réformer le système en profondeur. Mais Guillaume II, qui était monté sur le trône le 7 octobre 1840, rejeta leurs propositions, qui tendaient essentiellement à accroître l’influence de la Chambre des représentants. Jusqu'alors les ministres ne devaient rendre de comptes qu'au roi, seul détenteur du pouvoir. Les réformateurs voulaient instaurer le principe de la responsabilité ministérielle, le gouvernement devant alors répondre de son action devant l’assemblée des élus. Ils souhaitaient également une plus grande transparence de la politique gouvernementale et des élections au suffrage direct. Mais là aussi ils se heurtèrent au refus du roi.
Entre temps la vague révolutionnaire de 1848 entraînait dans divers pays européens l’instauration de régimes politiques libéraux. En France, Louis-Philippe dut abdiquer lors de la Révolution de février 1848. En Autriche, celle qui éclata en mars fut réprimée dans le sang. En Allemagne, le roi de Prusse Frédéric-Guillaume IV fit des concessions, avant de dissoudre l'assemblée nationale lorsqu’elle ne se plia pas à ses vœux. Des troubles éclatèrent aussi à La Haye et à Amsterdam, si bien que Guillaume II, craignant qu’ils ne s'étendent, se convertit brusquement aux idées libérales et accepta la révision de la Constitution.

Un nouveau texte fut donc rédigé sous la houlette de Johan Rudolf Thorbecke (1798-1872). Les principales dispositions de la Constitution de 1848 prévoyaient l’élection au suffrage censitaire direct de la Chambre des représentants, des États provinciaux et des conseils municipaux, et l’élection du Sénat par les États provinciaux, ainsi que le caractère public de toutes les réunions des assemblées élues. Elles établissaient aussi la responsabilité ministérielle, et donc l'inviolabilité du roi. La Constitution instaurait également la liberté de l'enseignement, la liberté d'association et de réunion, la liberté d'expression, la liberté de la presse et la liberté religieuse.

En définissant un certain nombre de libertés fondamentales et en conférant le primat politique à la Chambre des représentants, la nouvelle Constitution introduisit un profond changement du régime. Guillaume III (1817-1890), qui avait entretemps succédé à son père mort en 1849, entra à plusieurs reprises en conflit avec la Chambre. Face à des propositions de lois qu’il désapprouvait, il n’hésita pas à la dissoudre dans l'espoir que la nouvelle assemblée lui serait plus favorable. Ce droit de dissolution et celui de révoquer le gouvernement furent vivement contestés par les libéraux, menés par Thorbecke. Forts de leur représentation parlementaire, ceux-ci parvinrent à faire céder le roi : le gouvernement ne démissionnerait plus que s'il perdait la confiance de la Chambre. Les Pays-Bas avaient jusqu’alors connu un système de gouvernement aristocratique, avec un roi jouissant d’un fort pouvoir personnel ; désormais, le souverain ne jouerait qu'un rôle politique secondaire.

En 1884, après le décès du dernier des fils de Guillaume III, Wilhelmine, née en 1880 du second mariage du roi avec la princesse Emma de Waldeck-Pyrmont, devint princesse héritière.