Ytterligare påstådda brott rapporterades i samband med den misstänkte, men "ingen hållbar vägledning" gavs till utredningen som varade i mer än sex månader.
Polismästare Chris Eyre sa att det "i själva verket visar positivt arbete".
HM Inspectorate of Constabulary (HMIC) granskade barnskyddet i augusti förra året.
HMIC, som självständigt bedömer polisstyrkorna, sa att det tog mer än sex månader för Nottinghamshire-polisen att arrestera den 21-årige mannen angående hans sexuella relation med en 14-årig flicka.
Zoë Billingham vid HMIC sade: " Under denna period rapporterades ytterligare två brott som gällde den misstänkte, däribland utbyte av oanständiga bilder med andra tonåriga barn, till andra styrkor.
Mer om detta och andra berättelser i Nottinghamshire
"Vi hittade exempel på dålig övervakning av utredningar som leder till oacceptabla förseningar, vilket kan ge förövarna möjlighet att fortsätta att begå brott."
Som svar på fyndet sade Eyre: "När ett offer inte ville samarbeta med oss gav vi inte upp och fortsatte att jaga gärningsmannen under en rad veckor tills vi kunde bygga upp tillräckligt med bevis för att arrestera honom."
Vakthunden fann också att "potentiella bevis förlorades" i fallet med en 10-årig flicka som hade putsats på nätet, på grund av att officerare inte har specialistutbildning och förseningar.
Eyre sade: "Det finns vissa fall där det är helt lämpligt att icke-specialister hanterar brott som rör frågor om skydd av barn, med hjälp och råd från specialister.
"Alla officerare har fått onlineutbildning och regelbundna uppdateringar om sexuellt utnyttjande av barn."
Den första HMIC inspektionen i september 2014 avslöjade en 16-årig flicka i polisförvar gick utan mat eller vatten i nästan två dagar, vilket föranledde uppföljande översyn.
Billingham sade: "Polisen har fortfarande inte minskat antalet barn som hålls fängslade i onödan i polisförvar över en natt när de borde ha överförts till alternativ inkvartering. Detta behöver fortfarande förbättras."
Eyre sade att det var "den lokala myndighetens ansvar att hitta lämplig alternativ bostad" för barnen.
National Society for the Prevention of Cruelty to Children (NSPCC) sade att rapporten avslöjade "djupt om frågor som måste tas upp".
"Det har varit allvarliga förseningar i hanteringen av fall som ledde till potentiellt vitala bevis förloras och en misstänkt kanske går på att återoffend," en talesman sade.
"Polisen måste se till att de agerar på rekommendationer för att se till att alla barn i Nottinghamshire skyddas."
En misstänkt sexförbrytare kan ha preparerat tonåringar innan de arresteras på grund av "betydande förseningar" av Nottinghamshire polisen, en rapport hittades.