W reprezentacji Danii Nielsen zadebiutował 19 listopada 1980 roku w wygranym 4:0 meczu eliminacji do Mistrzostw Świata 1982 z Luksemburgiem. W 1984 roku został powołany przez selekcjonera Seppa Piontka do kadry na Euro 84. Dania dotarła do półfinału, a Nielsen był podstawowym zawodnikiem zespołu i rozegrał 4 mecze: z Francją (0:1), z Jugosławią (5:0), z Belgią (3:2) i półfinale z Hiszpanią (1:1, k. 4:5).