خلال الحرب العالمية الأولى، خدم نيلسون في مشاة جيش الولايات المتحدة كقائد. في عام 1917، في سن 41، قدم تقريره لتدريب الضباط، الموجود في بلاتسبيرغ، نيويورك. في عام 1918، شارك نيلسون في معركة مارن الثانية
خلالها قتل ضابطه القائد. خلال المعركة جُرح، لكن لا يزال يتولى قيادة زملائه الجنود ويحرسهم بأمان لمدة 24 ساعة. عانى من جرح رصاصة في المعدة والعديد من جروح الشظايا. قضى بقية الحرب في المستشفى وتم منحه في وقت لاحق صليب الحرب الفرنسي وصليب الخدمة المتميزة.