Nel 2003 l'Atlético Madrid ingaggiò il giocatore. I primi mesi a Madrid furono un grande successo: segnò 6 gol e formò una coppia d'attacco temibile con Fernando Torres. Ma una serie di infortuni lo tennero fuori per il resto della stagione, alla fine della stagione Nikolaidis segnò 6 goal. Questo gli permise di andare agli Europei 2004 e di vincerli con la Grecia.