Лишь в апреле 1952 года Сантос вновь вышел на поле в составе бразильской сборной. Он играл на панамериканском чемпионате, где провёл 5 игр. На следующий год футболист поехал на свой второй чемпионат Южной Америки. На турнире Нилтон провёл 6 игр, пропустив лишь матч с Эквадором, где на его месте играл Алфредо. На том же турнире, 27 марта, Сантос забил первый мяч за сборную, поразив ворота Парагвая, однако это не помогло его команде, проигравшей 1:2. В турнирной таблице бразильцы набрали одинаковое количество очков с Парагваем и был назначен решающий матч между этими двумя командами. Нилтон вышел на поле в стартовом составе, однако был заменён на Алфредо из-за неудачно складывавшейся игры, в которой бразильцы после перерыва проигрывали 0:3; уже после ухода Сантоса были отыграны два мяча, однако они не спасли национальную команду от поражения.