In den nächsten Jahren war Nilsen gleichermaßen im Skisport und im Eisschnelllauf aktiv und begann auch mit Tennis. Bei den Eisschnelllauf-Mehrkampfweltmeisterschaften 1937 in Davos sowie 1938 in Oslo wurde sie Weltmeisterin. In Davos gewann sie alle vier Distanzen und stellte vier Weltrekorde auf (500 m, 1000 m, 3000 m und 5000 m). Der Rekord über 500 m wurde erst 1955 von Tamara Rylowa in Alma-Ata gebrochen. Den Weltrekord über 1500 m hielt sie bis 1950. Bei der Alpinen Skiweltmeisterschaft 1938 in Engelberg wurde sie Sechste im Slalom, Siebte in der Kombination und Achte in der Abfahrt; ein Jahr später erzielte sie bei der Skiweltmeisterschaft 1939 in Zakopane Platz fünf in der Kombination, Platz sieben im Slalom und Rang zehn in der Abfahrt. Neben ihren internationalen Erfolgen wurde sie auch Norwegische Meisterin im Eisschnelllauf in den Jahren 1935, 1937, 1939 und 1940 und gewann von 1939 bis 1948 zehn Norwegische Meistertitel im Alpinen Skisport und 1938 den Schweizer Meistertitel in der Abfahrt. 1948 nahm sie im Alpinen Skilauf erneut an den Olympischen Winterspielen teil. Im schweizerischen St. Moritz wurde sie Siebte in der Abfahrt, 13. in der Kombination und 14. im Slalom.