Nilsen värvades till försvarande ligamästarna PSV Eindhoven där han strålade samman med två andra danska landslagsspelare; Frank Arnesen och Jan Heintze. PSV vann tre ligatitlar i rad från 1987 till 1989 men också tre cuptitlar i rad 1988–1990. Klubbens och Nielsens största triumf kom dock när man vann Europacupen 1988 (och trippeln med serie- och cupseger fullbordades) när Benfica besegrades på straffar i finalen. Nielsen representerade sedan Danmark i 1988 års EM-turnering som blev en besvikelse för det danska laget trots att Nielsen var en av de få av de äldre "dynamitgubbarna" från -86 som höll sin standard. Nielsen gjorde sin sista landskamp i november 1989.