I 1889 oppsøkte Overbeck Friedrich Nietzsche i Torino, etter å ha blitt foruroliget over et brev Nietsche hadde skrevet til Jacob Burckhardt. I Torino fant han Nietzsche rammet av sinnssykdom. Han bragte ham med seg tilbake til Basel, hvor Nietzsches familie kunne overta ansvaret for ham. Senere kom Overbeck til å stå svært kritisk overfor Nietzsches søster Elisabeth Förster-Nietzsche og hennes forvaltning av Nietzsches etterlatte papirer gjennom Nietzsche-arkivet. Derfor nektet han også å utlevere sin egen korrespondanse med Nietzsche til arkivet.