בתגובה החלה מתקפה יפנית לעבר העיר פורט מורסבי בפפואה גינאה החדשה, שדרכה היה יכול חיל האוויר היפני לבצע הפצצות מעל שמי אוסטרליה וניו זילנד. נימיץ הורה על שליחת שתי נושאות מטוסים, יורקטאון ולקסינגטון, למנוע את הכיבוש היפני של העיר. כוחות יפנים ואמריקאים נפגשו זה מול זה במהלך קרב ים האלמוגים (מאי 1942) אשר רובו התנהל בידי מטוסי קרב. הכוחות האמריקאים הצליחו להניע את היפנים מהעיר ומנעו את כיבושה אך עשו זאת במחיר כבד; לקסינגטון הוטבעה ויורקטאון נפגמה בצורה קשה. האדמירל היפני, איסורוקו יממוטו, הסיק ממהלך האירועים שבשביל לנצח בזירת האוקיינוס השקט היה על יפן לשתק לחלוטין את נושאות המטוסים האמריקאיות. הנהגת הצי היפני קידמה אסטרטגיה לכיבוש האי אטול מידוויי, טריטוריה אמריקאית ממערב להוואי בעלת חשיבות אסטרטגית מרכזית למהלך המלחמה.
המודיעין האמריקאי פיצח את התוכניות היפניות ונימיץ הורה על העברת שלוש נושאות המטוסים הפעילות מפרל הארבור לעבר אטול מידווי כדי להפתיע את הכוחות היפניים. נימיץ הורה לקדם את תיקונה של יורקטאון לקראת הקרב. לפיקוד על נושאות המטוסים הטיל נימיץ את התפקיד על האדמירל ריימונד ספרואנס. נימיץ מינה את ספרואנס לתפקיד לאחר שהאדמירל ויליאם הולסי אושפז עקב שלבקת חוגרת. נימיץ הימר על הקרב במידווי שכן ללא נושאות המטוסים לא הייתה כל הגנה ימית משמעותית מצד ארצות הברית על הוואי והחוף המערבי של ארצות הברית. קרב מידוויי בתחילת יוני 1942 התקיים בין ארבע נושאות מטוסים יפניות ושלוש אמריקאיות. בסופו של הקרב התקיים ניצחון אמריקאי מוחץ כאשר כל ארבע נושאות המטוסים היפניות הוטבעו ומהצד האמריקאי רק יורקטאון הוטבעה. לאחר הקרב רוב יכולתו של הצי היפני לתקוף את הוואי פעם נוספת נוטרל, ונימיץ החל לקדם אסטרטגיה התקפית נגד יפן.
לאחר שהתגלה שכוחות יפנים מתכננים בנייה של בסיס אווירי בגוודלקנל, איי שלמה, נקבע בידי בעלות הברית כי יש למנוע מהקמת הבסיס שעלול היה לאיים על שחרור פפואה גינאה החדשה מידי הכיבוש היפני. ב-7 באוגוסט 1942 נחתה דיוויזיית הנחתים הראשונה, לצד כוחות חי"ר, על האי גוודלקנל כדי לשחררו מהכיבוש היפני. הפשיטה האמריקאית הפתיעה את המוצב היפני המקומי אשר נסג מהאי ואפשר לכוחות האמריקאים להשתלט על הבסיס האווירי הלא גמור. כוחות יפנים החלו במתקפת נגד והמהלך הקרב על שדה הנדרסון הצליחו האמריקאים להחזיק בבסיס האווירי. המערכה באיי שלמה הפכה ללוחמת שחיקה ארוכה שבסופה נסוגו הכוחות היפנים הנותרים מהאי גוודלקנל בפברואר 1943. נימיץ קידם אסטרטגיה של כיבוש אי אחר אי מידי יפן עד ההגעה לאיי הבית היפנים (קיושו, שיקוקו, הונשו והוקאידו). תוכנן כי איים תחת הגנה צבאית יפנית כבדה יבודדו ולא יכבשו במתקפה ישירה שתגרום למרחץ דמים.
האסטרטגיה הזאת פגשה בהתנגדות מצידו של הגנרל דאגלס מקארתור שתמך במתקפה ישירה על הכוחות היפנים ותנועה דרך אוסטרליה לפפואה גינאה החדשה, לפיליפינים ולבסוף ליפן. הנשיא רוזוולט קידם פשרה בין שני הקצינים הבכירים בכך שפיצל את הכוחות האמריקאים במערכת האוקיינוס השקט בין מקארתור לבין נימיץ. הפשרה מנעה יריבות אפשרית בין הצי האמריקאי והצבא האמריקאי באמצע המלחמה. לאורך רוב שנת 1943 התרכז נימיץ בהכנת האספקה הנדרשת לקראת מערכת כיבוש האיים הארוכה ולא יצא למתקפות מרכזיות. הפיקוד על המערכה באיי שלמה הוטל על מקארתור. נימיץ נחל ניצחון שונה בשנת 1943 כאשר המודיעין האמריקאי פיצח את תנועתו של האדמירל יממוטו והתנקש בחייו במבצע נקם.
לקראת סוף 1943 היה הצי בפיקודו של נימיץ מוכן והחל במערכה באיי גילברט ומרשל. נלקחו ארבעה ימי קרבות לכיבוש האיים של טאראווה ואטול מקין שבמהלכם נפלו 7,000 איש משני הצדדים הלוחמים. הכוחות האמריקאים שהשתלטו על האיים השתמשו בהם כבסיס לקראת כיבוש איי מרשל בשנת 1944. בהמשך קידם נימיץ את הפלישה על איי מריאנה ופלאו. האיים היו בעלי חשיבות אסטרטגית למערכה הכוללת שכן מהם מפציצים אמריקאים היו בטווח הנדרש כדי להגיע לעבר הארכיפלג היפני. ביוני 1944 החלה המערכה על איי מריאנה ופלאו עם הקרב על סאיפאן. הצי היפני איגד את כל נושאות המטוסים הזמינות כדי לבלום את ההתקדמות האמריקאית. הכוחות נפגשו במהלך קרב ים הפיליפינים המכריע שהסתיים בהפסד חריף לכוחות היפניים. שלוש נושאות מטוסים יפניות הוטבעו לצד 550 מטוסי קרב יפנים במהלך הקרב. ההפסד היפני בקרב החליש את השליטה הימית של הצי היפני ותרם לפלישה של כוחות מקארתור אל הפיליפינים זמן קצר מאוחר יותר.
לקראת קרב לייטה שבמסגרתו כוחותיו של מקארתור השיגו דריסת רגל בפיליפינים, היה על נימיץ לוודא את הביטחון של הכוחות האמריקאים בלייטה מפני הצי היפני. מכיוון שלצי היפני נותר רק מספר דל של נושאות מטוסים, היו אלו אוניות מלחמה שהיוו את הכוח המרכזי שנשלח למניעת ההשתלטות האמריקאית על לייטה. נימיץ פיקד על מהלך הקרב המכריע במפרץ לייטה (24-26 באוקטובר 1944). הקרב הוביל לאובדן 10,000 חיילים יפנים והיווה הפסד כבד עבור הצי היפני שאיבד 26 אוניות במהלכו. במהלך הקרב נפלה נושאת המטוסים היפנית האחרונה שהייתה מעורבת במתקפה על פרל הארבור. כמו כן, היה זה הקרב הראשון שבמהלכו הוצאו לפועל התאבדויות טייסים מכוונות לתוך אוניות אמריקאיות; "קמיקזה".
בדצמבר הוענקה לנימיץ דרגת אדמירל צי שכללה חמישה כוכבים ונוצרה במיוחד עבור ארבעה קצינים בצי (נימיץ ביניהם) בידי הקונגרס של ארצות הברית. למשך זמן קצר נשקל לתת לו את דרגת אדמירל הצי (המקבילה לדרגת גנרל הצבאות), אולם ההצעה בוטלה על ידי מחלקת הצי של ארצות הברית לפני סיום המלחמה, ולא הועלתה מאז פעם נוספת. נימיץ הביא לשיא את האסטרטגיה שלו בפלישה אמפיבית מוצלחת באיוו-ג'ימה ואוקינאווה. כיבוש איוו-ג'ימה בן חמשת השבועות עלה בחייהם של 26,000 יפנים ו-18,000 אמריקאים. כל עוד הכוחות האמריקאים התקדמו לעבר יפן עצמה, כך ההגנה של הכוחות היפנים הפכה לחזקה יותר וכמות האבדות הכוללת עלתה עם הזמן. הקרב על אוקינאווה היה בהמשך אלים עוד יותר מקודמו באיוו-ג'ימה. האי אוקינאווה תוכנן לשימוש עבור הפלישה המתוכננת ליפן עצמה (מבצע נפילה). נימיץ חשש מאבדות קשות בקרב אך לא ציפה לכך שהקרב עצמו יימשך עשרה שבועות מאפריל עד יוני 1945. הקרב עלה בחייהם של לערך 100,000 איש, רבים מהם אזרחים יפנים שנאבקו לצד הצבא היפני בשביל לא להיכנע לכוחות האמריקאים. למעשה, ההתערבות האזרחית במלחמה נתמכה בידי תעמולה ממשלתית יפנית.
כניעת יפן.
נימיץ התנגד להוצאתו לפועל של מבצע נפילה מחשש למרחץ דמים שלא נראה כמותו קודם לכן עבור הכוחות האמריקאים. לאחר הקרב על אוקינאווה החל הצבא היפני בטיפוח של מיליציה אזרחית בת 28 מיליון איש. הנשיא החדש, הארי טרומן, תמך בהטלת פצצות האטום על הירושימה ועל נגסאקי במטרה להביא לסיום המלחמה בלי פלישה רגלית לתוך יפן. לנוכח הטלת פצצות האטום, הפצצות אוויריות לא נפסקות על ערים יפניות גדולות ופלישה סובייטית למנצ'וריה וקוריאה, הירוהיטו, קיסר יפן יצא בהצהרה רשמית על כניעתה של יפן אשר הובילה לניסיון התנקשות בחייו. ב-2 בספטמבר 1945 קיבל הגנרל דאגלס מקארתור את כניעתה של יפן בתור המפקד העליון של כוחות הברית, על סיפון אוניית המערכה מיזורי (BB-63), שעגנה במפרץ טוקיו. לאחר מכן חתם נימיץ בשם ארצות הברית על כתב כניעתה של יפן, ואחריו נציגי יתר בעלות הברית.
משפטי נירנברג.
במהלך משפטי נירנברג הוא שלח תצהיר שתמך בקרל דניץ, תוך שהוא מציין שגם כוחות ארצות הברית ניהלו מלחמת צוללות בלתי מוגבלת כטקטיקה במלחמתה נגד האימפריה היפנית באוקיינוס השקט, ושצוללות אמריקניות לא הצילו ניצולים מספינות שהוטבעו על ידיהן במקרה בו היו בסכנה.
לאחר המלחמה.
בדצמבר 1945 החליף נימיץ את ארנסט קינג בתפקיד ראש המבצעים הימיים. בתפקיד זה היה נימיץ אחראי על הורדת התקציב הימי לאחר עלייתו הקיצונית לצורכי המלחמה. כמו כן, נימיץ תמך בתוכניתו של היימן ריקובר לבנות את נאוטילוס, הצוללת גרעינית הראשונה בהיסטוריה. מאוחר יותר נימיץ פרש מהשירות הצבאי הפעיל בשנת 1947, ועבר להתגורר באזור סן פרנסיסקו. שם עבד כעוזר מיוחד למזכירות הצי וטרח רבות לשיקום היחסים בין ארצות הברית ליפן. בין היתר פעל לגיוס תרומות לשיקומה של אוניית המערכה מיקאסה, אוניית הדגל של האדמירל היהאצ'ירו טוגו בקרב צושימה (1905).
נימיץ קיבל עיטורי כבוד רבים מטעמה של ארצות הברית ומטעמן של מדינות נוספות, כמו מסדר האמבט מטעמה של הממלכה המאוחדת ולגיון הכבוד מטעמה של הרפובליקה הצרפתית הרביעית. נימיץ מעולם לא פרש רשמית משירות הצי ועקב הדרגה שלו נחשב כי שירת לאורך כל חייו עד לפטירתו. בין 1949 ל-1953 שירת נימיץ בתפקיד דיפלומט מטעם האומות המאוחדות בקשמיר במטרה לגשר בין הודו ופקיסטן לאחר המלחמת הראשונה בין שתי המדינות על גורל חבל קשמיר. נימיץ נפטר ב-1966 בגיל 80 ונקבר בבית הקברות הלאומי שער הזהב בקליפורניה לצד האדמירל ריצ'מונד טרנר שלצידו שירת במהלך המלחמה.
הנצחתו.
על שמו נקראים נושאת המטוסים נימיץ, הראשונה מנושאות המטוסים מסדרת נימיץ הגדולות בעולם, בעלות הינע גרעיני, וכן קרחון באנטארקטיקה, מספר כבישים מהירים, והספרייה המרכזית של אקדמיית הצי האמריקאי.
הסתערות הבריגדה הקלה
הסתערות הבריגדה הקלה הייתה מתקפת חיל פרשים שהונהגה באופן כושל במהלך מלחמת קרים.