Han var besetningsmedlem ombord mineleggeren «Olav Trygvasson» i 1935 og under nøytralitetsvakten 31. august 1939 til 9. februar 1940 ombord torpedobåt «Storm», og fra 9. februar 1940 til 28. februar 1940 på depotskipene på Marineholmen ved Bergenhus festning. Ved Tysklands angrep på Norge i 1940 tjenestegjorde han på jageren «Draug» som tok det tyske handelsfartøyet «Mainz» i Karmsundet og som etter at det ble angrepet av tyske fly seilte til førte Sullom Voe på Shetland med 67 tyske krigsfanger. Etter å ha gjennomgått The Royal Navy skoleavdeling i Port Edgar, ble Nilsen beskikket som maskingeværskytter og torpedospesialist ombord undervannsbåt «B1» hvor han tjenestegjorde i tiden 13. mars 1942 til 31. august 1943.