В 1945 г. Трайнин представлял Советский Союз на Лондонской четырёхсторонней конференции, которая работала над уставом Международного военного трибунала для готовящегося Нюрнбергского процесса над главными военными преступниками во Второй мировой войне, а затем участвовал в процессе в качестве консультанта советского обвинения (с 20 ноября 1945 по 1 октября 1946 года в Международном военном трибунале в Нюрнберге, Германия).