Am 19. Februar 1942 fiel der Flughafen in die Hände der Japaner, die während des Zweiten Weltkrieges in Bali einmarschierten. Obwohl die Japaner den Flughafen kaum nutzten, befestigten sie die Landebahn, die dann bereits 1947 eine Länge von 1600 Metern und eine Breite von 45 Metern aufwies. Zu dieser Zeit hieß der Flughafen noch Tuban Airport, benannt nach einem Fischerdorf.
Zu Beginn der 1950er Jahre wurde der Flughafen an die internationalen Standards der zivilen Luftfahrt angepaßt und 1959 trafen die ersten internationalen Flüge in Bali ein.
Um auch Düsenflugzeugen die Landung in Bali zu ermöglichen, begann man im Westen Land zu gewinnen. Dort wollte man die Start- und Landebahn ins Meer hinaus erweitern, aufgrund eines Tempels im Osten war eine Erweiterung der Start- und Landebahn in dieser Richtung nicht möglich, wodurch Landgewinnung im Westen notwendig wurde. Am 1. August 1969 weihte der damalige indonesische Staatspräsident Haji Mohamed Suharto die neue Landebahn ein. Die Bahnverlängerung führte zur Störung der natürlichen Sandzirkulation. Von 1965 bis 69 wurde der Flughafen wegen der stetig steigenden Fluggastzahlen erweitert.