In contemporanea all'attacco di Pearl Harbor del 7 dicembre 1941 l'Impero giapponese aggredì le colonie europee e statunitensi nell'Oceano Pacifico. Nishimura portò a compimento gli sbarchi di Vigan nelle Filippine e a Balikpapan nel gennaio 1942, perdendo però tre unità da trasporto. Il 27 febbraio, aggregato alla scorta del convoglio orientale per l'occupazione di Giava, partecipò alla battaglia del Mare di Giava e a fine marzo fu a capo dell'operazione di conquista dell'Isola di Natale. Rientrato in Giappone, fu schierato con lo squadrone per la battaglia delle Midway (4-6 giugno), alla quale però non partecipò attivamente. Dalla metà di agosto prese parte alla sfibrante campagna di Guadalcanal in qualità di comandante della 7ª Divisione incrociatori: scortò le portaerei della 3ª Flotta nella battaglia delle Salomone Orientali (23-25 agosto) e delle isole Santa Cruz (25-26 ottobre) e bombardò anche Henderson Field, con risultati peraltro modesti. Per il resto del 1942 e quasi tutto il 1943 fu più impegnato in missioni di trasporto truppe, o di protezione a gruppi di cacciatorpediniere intenti a sbarcare truppe, che in combattimenti navali. Nel marzo 1944 cedette il comando della divisione e sino a settembre rimase a Tokyo, lavorando allo stato maggiore generale; fu quindi nominato comandante della 2ª Divisione corazzate, che condusse dai porti nazionali agli ancoraggi della flotta da battaglia vicino a Singapore. Il 18 ottobre 1944, nel quadro dell'operazione "Sho-Gō 1", formò un corpo distaccato dalla 2ª Flotta con la propria divisione e altre unità: ebbe il compito di attraversare da sud lo Stretto di Surigao e contribuire alla distruzione della flotta anfibia statunitense dinanzi all'Isola di Leyte.