2014 wurde Nilsson Trainer der schwedischen U-17-Nationalmannschaft, mit der er zweimal die Qualifikation zur Weltmeisterschaft verpasste. Nach der U-21-Europameisterschaft 2017, als der Titelverteidiger in der Vorrunde scheiterte, folgte er Håkan Ericson im Sommer 2017 in das Amt des Trainers der schwedischen U-21-Nationalmannschaft der Männer. In der Qualifikation zur U-21-EM-Endrunde 2019 platzierte er sich mit der Auswahlmannschaft als Gruppenzweiter hinter der belgischen U-21-Auswahlmannschaft, verpasste aber als fünftbester Zweitplatzierter knapp die Play-Off-Spiele der vier besten Gruppenzweiten. In einer durch die COVID-19-Pandemie durcheinandergewirbelten Qualifikationsrunde zum folgenden U-21-EM-Finalturnier belegte er Anfang September 2020 nach je drei Siegen und Niederlagen hinter Irland, Italien und Island den vierten Rang.