Im Russisch-Türkischen Krieg von 1877/78 befehligte Nikolaew eine Kompanie des 5. Regiments des Bulgarischen Freiwilligen-Korps. Mit ihr nahm er an den entscheidenden Schlachten am Schipkapass und bei Scheinowo teil. Am 8. Juli wurde Nikolaew zum Leutnant und am 10. August des gleichen Jahres zum Oberleutnant der russischen Armee befördert.