Nilssen ble valgt inn på Stortinget i 1921 som representant for valgkretsen i Hedmark fylke. Han ble deretter gjenvalgt ved Stortingsvalgene i 1924, 1927, 1930, 1933 og 1936. Han var medlem av arbeidskomiteen i Løten kommunestyre fra 1916 til 1928, og var deretter ordfører for Løten i perioden 1931 til 1940. Under okkupasjonen av Norge mistet han sin posisjon som ordfører og parlamentariker. Han ble også arrestert den 10. mars 1945 og satt fengslet i Hamar fengsel frem til 21. mars, da han ble flyttet til Grini fangeleir frem til krigens slutt. Etter krigen ble han igjen valgt til ordfører og satt siden i fylkestinget.