Il est général de division en 1853. En 1854, il est commandant en second de l'escadre qui s'empare de la place forte de Bomarsund lors de l'expédition de Baraguey d'Hilliers en mer Baltique. Niel est nommé aide de camp de Napoléon III à son retour en 1855. Envoyé par la suite en Crimée, il dirige l'investissement de Sébastopol (1854-1855). Cette mission lui vaut d'être nommé commandant en chef du génie de l'armée d'Orient. À la suite de la prise de Sébastopol, il est élevé à la dignité de grand-croix de la Légion d'honneur.