Im folgenden Jahr lief Nilsen bei den Einzelstreckenweltmeisterschaften in Heerenveen auf den 20. Platz über 5000 m und auf den siebten Rang in der Teamverfolgung. Bei den Einzelstreckenweltmeisterschaften 2016 in Kolomna holte er zusammen mit Håvard Bøkko und Sverre Lunde Pedersen die Silbermedaille in der Teamverfolgung. Im März 2016 wurde er beim Weltcup in Heerenveen Zweiter in der Teamverfolgung. In der Saison 2016/17 siegte er in Heerenveen in der Teamverfolgung und belegte in Harbin und in Stavanger jeweils den zweiten Platz in der Teamverfolgung. Bei den Einzelstreckenweltmeisterschaften 2017 in Gangwon gewann er die Bronzemedaille in der Teamverfolgung. Zudem errang er dort den 11. Platz über 10.000 m. Anfang Dezember 2017 lief er beim Weltcup in Calgary auf den dritten Platz in der Teamverfolgung. Seine bisher beste Einzelplatzierung im Weltcup erreichte er im Januar 2018 in Erfurt mit dem 13. Platz über 5000 m. Bei den Olympischen Winterspielen im Februar 2018 in Pyeongchang gewann er die Goldmedaille in der Teamverfolgung. Im Lauf über 5000 m kam er dort auf den 13. Platz. Im März 2018 siegte er in Minsk in der Teamverfolgung und belegte bei der Mehrkampfweltmeisterschaft in Amsterdam den 12. Platz.