Nestrujev har også utmerket seg i de olympiske øvelsene. Under Sommer-OL 2004 tapte han en jevn finale mot Wang Yifu i 10 m luftpistol, men få dager senere tok han gull i øvelsen 50 m pistol. Han har også mange medaljer fra EM og VM i alle fire disipliner, og har vunnet fire ISSF verdenscupfinaler på rad i luftpistol (2002–2005).