Den 11. august 1947 utnevnte pave Pius XII pater Nelson titularbiskop av Bilta og til hjelpebiskop og koadjutor til den apostolisk vikar for Sverige, biskop Johannes Erik Müller. Han ble den 8. september samme år, ved en seremoni i Cathedral of Saints Peter and Paul i Providence i Rhode Island, ordinert til biskop, av erkebiskop Amleto Giovanni Cicognani, apostolisk delegat til USA. Medkonsekrerende var biskop Francis Patrick Keough (Providence, Rhode Island, USA) og biskop Johannes Theodor Suhr (apostolisk vikar av Danmark).