นีลเซนได้รับเลือกเข้าสู่วุฒิสภาครั้งแรกในปี 1978 โดยเอาชนะจอห์น ดันแลป สมาชิกวุฒิสภาเขต 4 จาก พรรคเดโมแครต ซึ่งเป็นสมาชิกใหม่ จากนั้นนีลเซนก็ได้รับเลือกตั้งใหม่ได้อย่างง่ายดายในปี 1982 และ 1986

นีลเซ่นดำรงตำแหน่งผู้นำพรรครีพับลิกันในวุฒิสภาตั้งแต่ปี 1983 จนถึงปี 1987 ^{[ 2 ]}

นีลเซนสร้างชื่อเสียงในฐานะนักการเมืองอนุรักษ์นิยมแบบดั้งเดิมที่เน้นการปราบปรามอาชญากรรมอย่างเข้มงวด เขาเป็นผู้สนับสนุนการลดภาษี การควบคุมการใช้จ่ายของรัฐบาล และสิทธิในการครอบครองอาวุธปืนสำหรับพลเมืองที่ปฏิบัติตามกฎหมาย เขาเป็นผู้ร่างกฎหมายเพื่อส่งเสริมการปฏิรูปสวัสดิการและลดการฉ้อโกงสวัสดิการรวมถึงโครงการ GAIN ที่ได้รับการยกย่อง และเขายังเป็นผู้ร่างและร่วมร่างกฎหมายเพื่อส่งเสริมการส่งออกสินค้าเกษตรอีกด้วย

นีลเซนพ่ายแพ้ให้กับไมค์ ทอมป์สัน จากพรรคเดโมแครต ซึ่งเป็นผู้ช่วยของแจ็กกี้ สเปียร์ สมาชิกสภาผู้แทนราษฎรในขณะนั้น ทอมป์สันได้รับประโยชน์จากปัญหาด้านจริยธรรมและการพูดผิดพลาดของผู้ดำรงตำแหน่ง รวมถึงการเปลี่ยนแปลงด้านประชากรในเขตเลือกตั้ง^{[ 3 ]}

หลังจากออกจากสภานิติบัญญัติ นีลเซนได้ดำรงตำแหน่งในคณะกรรมการแรงงานสัมพันธ์ด้านการเกษตร ในปี 1992 เขาได้รับการแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งในคณะกรรมการพิจารณาการปล่อยตัวและกำหนดระยะเวลาจำคุก และดำรงตำแหน่งประธานคณะกรรมการตั้งแต่ปี 1993 จนถึงปี 2000

ประเด็นเรื่องคุณสมบัติการอยู่อาศัยเกิดขึ้นระหว่างการลงสมัครรับเลือกตั้งสภาผู้แทนราษฎรในปี 2551 เนื่องจากนีลเซนเป็นเจ้าของบ้าน 2 หลัง หลังหนึ่งอยู่ในเขตที่เขาเป็นตัวแทน และอีกหลังอยู่ใกล้กับอาคารรัฐสภา นีลเซนชนะคดีและได้รับคำพิพากษาให้จ่ายค่าใช้จ่ายในศาลเป็นจำนวนเงิน 7,400 ดอลลาร์สหรัฐฯ แก่โจทก์ ดอน เบิร์ด โจทก์ยื่นอุทธรณ์ต่อเลขาธิการแห่งรัฐ ซึ่งต่อมาได้ส่งเรื่องไปยังอัยการสูงสุดของรัฐ หลังจากตรวจสอบคดีแล้ว อัยการสูงสุดได้ออกจดหมายเมื่อวันที่ 22 ธันวาคม 2551 ระบุว่าไม่มีหลักฐานเพียงพอที่จะดำเนินการสอบสวนเพิ่มเติม และเรื่องนี้จึงยุติลง

นอกจากนี้ Nielsen ยังเป็นผู้ใช้จ่ายบัตรเติมน้ำมันที่ได้รับเงินสนับสนุนจากผู้เสียภาษีมากที่สุดในสภานิติบัญญัติของรัฐในปี 2010 โดยมีค่าใช้จ่าย 10,410.68 ^{[ 4 ]}