Seine erste Medaille bei Bahn-Radweltmeisterschaften erreichte Nothstein 1993, als er im Keirin Silber hinter Gary Neiwand gewann. Im folgenden Jahr wurde er dann Weltmeister im Keirin und auch im Sprint. Den Weltmeistertitel im Keirin gewann er erneut 1996. Bei den Olympischen Spielen im selben Jahr in Atlanta verlor er im Sprintfinale gegen den Deutschen Jens Fiedler mit 0:2 und sicherte sich so die Silbermedaille. Bei den folgenden Olympischen Spielen in Sydney siegte er im Sprint. Bei den Panamerikanischen Spielen 1999 errang er drei Goldmedaillen, in Teamsprint (mit Christian Marcello Arrue und Johnny Barrios), Sprint und Keirin.