Nikolai Morilow debütierte international im Dezember 2003 im Continental-Cup. Bei den Juniorenweltmeisterschaften 2004 in Stryn gewann er Bronze über 10 Kilometer und mit der Staffel und wurde im Sprint Zehnter. Im Dezember 2004 wurde Morilow in Bern erstmals im Weltcup eingesetzt. Der Sprintspezialist wurde 36. im Sprint und Zwölfter im Teamsprint. Bei den Junioren-Weltmeisterschaften 2005 im finnischen Rovaniemi wurde er Sechster im Sprint und 31. im Verfolgungsrennen über 2 × 10 Kilometer. In der Folgezeit pendelte der Russe zwischen Weltcup, FIS-Rennen und Continental-Cup. Bei den Junioren-Weltmeisterschaften 2006 im slowenischen Kranj wurde er Achter im Sprint, Zehnter über zehn Kilometer im klassischen Stil und Zwölfter in der Verfolgung über 2 × 10 Kilometer.