След връщането в строй, през септември 1940 г., участва в авионосния рейд към Норвегия (операция „DF“). През ноември 1940 г. е привлечен към издирването в Северния Атлантик на „джония“ „Адмирал Шеер“. В началото на 1941 г. се занимава с прикритието на атлантическите конвои. През март 1941 г. взема участие в рейда към Лафотенските острови (операция „Клеймор“), прикрива минирането между Фарьорските острови и Исландия (операция „SN69“). От май прикрива в Южния Атлантик конвоите, плаващи покрай нос Добра Надежда. През юни 1941 г. се връща в Англия и по-късно е преведен в състава на „съединение Н“. Взема участие в провеждането на конвоите в обсадената Малта – операциите „Събстенс“, през юли и „Халберд“, през септември. На 27 септември 1941 г. южно от Сардиния линкора е подложен на атака на италианската авиация и получава попадение на авиационно торпедо в левия борд, в носовия край пред кула „А“, в съседство с мястото на взрива на мината. „Нелсън“ приема 3700 т вода, което води до увеличаване на газенето по носа с 3,3 м. В Малта е проведен временен ремонт, а възстановителният ремонт е направен в Росайт и продължава до март 1942 г. Влиза в състава на Флота на Метрополията и през август взема участие в провеждането на поредния конвой за Малта – операцията „Пиедестал“. След това е преведен в състава на „Съединение H“. Участва в операциите „Торч“ (десанта в Северна Африка), „Хъски“ (десанта в Сицилия), „Аваланш“ (десанта при Салерно) и десанта в Калабрия, през август 1943 г. (операция „Хамър“).