נילסון זכה בארבע מדליות במשחקים האולימפיים של 2018 בפיונגצ'אנג. ב-13 בפברואר היא הפכה לאלופה אולימפית, לאחר שזכתה במדליית הזהב בספרינט האישי. ב-17 ו-21 בפברואר, בהתאמה, היא זכתה במדליות כסף במרוץ הסדנה של 4 × 5 ק"מ.
(עם אנה האג, שרלוט קאלה ואבה אנדרסון) ובספרינט הקבוצתי (עם שרלוט קאלה). ב-25 בפברואר נילסון זכה במדליית הברונזה ב-30 ק"מ במסיבת המוניות הקלאסית. היא גם סיימה במקום העשירי במירוץ הסקי של 15 ק"מ. היא סיימה במקום השני בגביע העולם לספרינט 2017-2018, לאחר שזכתה בשלוש תחרויות ספרינט פרטיות במהלך העונה.