and Offensive Tactics of Submarines），虽无热烈回响，但同年12月的《美国海军学会会刊》还是有登出相关其演讲文章。尼米兹当时认为潜艇应用于近岸防御，而从未料想到德国海军不久后将其用于攻击海上贸易商船的作法。
1913年4月9日，尼米兹与凯萨林·佛里曼结婚。由于潜艇采用的新式引擎颇受好评，美国军方开始想在大型水面舰艇安装柴油引擎。然而其在这方面技术有限，因此于同年5月派遣尼米兹作为海军代表前往德国MAN公司在纽伦堡和比利时根特学习柴油机技术。回国后，尼米兹前往纽约海军造船厂监督莫米号油轮上安装两台2,600马力的柴油发动机，该舰为美国海军第一个搭载柴油发动机的水面舰艇。在这期间，美国柴油引擎制造厂也听闻尼米兹对此技术的了解，派了人企图说服尼米兹从海军辞职，到他们公司工作，当时尼米兹海军月薪为240元，外加40元的通勤费，而公司则提供了2万5千元的年薪，并附上一份五年契约，但尼米兹以“不想离开海军”为由拒绝了。1916年8月29日，尼米兹晋升少校。
两战期间
1917年4月16日，由于德意志帝国海军U艇发动的无限制潜艇战，美国对德宣战。8月，尼米兹成为大西洋潜艇舰队总司令萨穆尔·谢布尔涅·罗宾森少将（Samuel Shelburne Robison）的参谋，1918年2月时还升为参谋长，不久后战争即结束。一战期间，尼米兹与罗宾森还曾一同前往欧洲，视察了法国与意大利的潜艇、反潜技术，并累积了海上加油的技术经验，据尼米兹所称，这对日后海军打败日本海军功不可没。
1918年至1919年秋季，尼米兹于海军军令部长办公室中服务，并同时兼任潜艇设计委员会首席委员。1919年5月至1920年6月，尼米兹担任南卡罗来纳号战列舰的副长，不久后，尼米兹转任负责监督在珍珠港以一战剩余的物资建造潜艇基地，并担任第14潜艇分队指挥官，他在同年年底晋升海军中校。1922年夏天，尼米兹返回本国，前往纽波特的海军战争学院授课。1923年6月，尼米兹成为战斗舰队（Battle Fleet，太平洋舰队前身）的副长与副参谋长，在这段期间，尼米兹也在以兰利号航空母舰试验航母与其他舰队协同作战以及战列舰的圆形编队（Circular Formation）。1926年8月，他去了美国加州大学伯克利分校建立了海军第一个预备役军官训练小队，并担任教官。1928年2月，尼米兹晋升为海军上校。1929年6月，尼米兹改指挥第20潜艇分队。1931年6月，尼米兹改指挥参宿七号驱逐舰母舰，驻于加利福尼亚州的圣迭戈。
1933年10月，尼米兹改指挥奥古斯塔号重巡洋舰，该舰部署于远东地区，并在12月成为亚洲舰队之旗舰，尼米兹于1934年曾两度拜访日本，并参加了东乡大将6月5日的国葬仪式。1935年4月，尼米兹以副海军航海局长的身份回到美国本土，任职三年，后来又成为了第2巡洋舰分队指挥官。1938年6月，尼米兹晋升海军少将，同年9月，尼米兹改指挥第1战列舰分队，并担任了战列舰战队司令。1939年8月，尼米兹就任航海署署长。1940年4月，当时的美国舰队总司令詹姆斯·瑞查生（James O. Richardson）受罗斯福之命，要将舰队自西岸移防至夏威夷，达到吓阻日本的目的，但该将军因为安全性和该区资源不足不认同总统的观点，因为罗斯福对瑞查生频繁的游说感到不耐，将其解职，在寻找其继任者时选择了尼米兹，但后者以自身“资历不足”为由拒绝了，该职尔后由他的好友—哈斯本·金梅尔上将继任
航母会战
1942年后，尼米兹又开始策划对日本首都东京的空袭行动。这一计划因困难重重，在2月份曾被束之高阁。存在的主要问题是，美军所有太平洋基地均离东京过远，实施这一计划只有依靠航空母舰，而航空母舰上的轰炸机航程又很有限。发动这样一次袭击，航空母舰过于靠近日本机场十分危险。陆军建议使用B－25型远程中型轰炸机，詹姆斯·H·杜立特中校训练了从航空母舰甲板上起飞的16组机组人员。经过审慎研究，决定用航空母舰把轰炸机运至日本以东500海里的区域，飞机空袭东京和其他日本城市后，到中国沿海机场降落。于是，从大西洋调来了新航空母舰“大黄蜂”号以搭载旧金山附近阿拉米达机场的B－25型轰炸机。而“大黄蜂”号因为在飞行甲板上装载了陆军轰炸机，不能再用它的飞机进行侦察巡逻．需要另一艘航空母舰将其护送到日本海域。4月18日，16架B－25轰炸机满载炸弹从“大黄蜂”号甲板上腾空而起，在短短几小时内，飞抵东京、名古屋、横须贺、神户等城市上空，投下炸弹和燃烧弹后顺风直飞中国。空袭日本虽未取得重大的直接成果，却从心理上打击了日本的嚣张气焰，振奋了美国的民心士气。在日本，亿万臣民目瞪口呆，天皇裕仁深感震惊，山本五十六再三请罪。在美国，朝野上下大受鼓舞，悲观情绪一扫而光。为防止类似空袭事件再次发生，日军统帅机关紧急将大批战斗机群调回国内保卫本土。侵华远征军还派遣由53个营组成的讨伐队前去扫荡杜立特轰炸机群降落的中国江浙一带。
鉴于珍珠港事件的教训，尼米兹大力加强太平洋舰队情报机构的建设。情报机构设法从被击毁的日本潜艇中找出日本海军密码本，致使日本海军的电文得以破译。通过情报破译，尼米兹得知日军企图攻占图拉吉岛并进而夺取新几内亚的莫尔兹比港，参战兵力包括由2艘航空母舰、3艘重巡洋舰和6艘驱逐舰组成的突击部队，由1艘航空母舰、4艘重巡洋舰和1艘驱逐舰组成的支援掩护部队，以及由1艘巡洋舰和6艘驱逐舰护航的登陆部队。为了迎击日军，尼米兹将2艘航空母舰、8艘巡洋舰和11艘驱逐舰紧急编成特混舰队，由弗莱彻海军少将指挥前往珊瑚海。此次作战由舰载飞机进行，双方的水面舰艇互不照面，故珊瑚海战役可谓第一次航空母舰会战。
战役从5月3日日军攻占图拉吉岛开始。次日，日军分乘14艘运输船由1艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰护航，驶往莫尔兹比港；美国"约克敦号"航空母舰的舰载机攻击图拉吉，击沉驱逐舰1艘、毁伤其他舰船数艘，导致日本航空母舰机动部队南下。7日，日本机群击毁美国1艘驱逐舰、重创1艘油料船，美国机群则击沉日本"祥凤号"轻型航空母舰。8日，美国"列克星敦号"航空母舰被日本机群击沉，尼米兹命令美军撤离战场。珊瑚海海战，美国的直接损失较日本为大，但是，尼米兹挫败了日本攻占莫尔兹比港的企图，使日本的两艘航空母舰无法及时恢复战斗力（其中之一未能参加中途岛战役）、对后来美国在中途岛的胜利产生了积极影响。
根据对大量情报的分析，尼米兹判断中途岛将成为日军的作战目
标，决心适时组织反击作战。他将仅有的2艘航空母舰"企业号"和"大黄蜂号"从南太平洋调往夏威夷，编组两支特混舰队，开往中途岛东北200海里处隐蔽待机（后来紧急修复的"约克城号"航空母舰亦赶来参战）；向中途岛增派B-17"空中堡垒"轰炸机、B-25轰炸机、俯冲轰炸机和战斗机；将潜艇全部部署在中途岛西北海域，于5月14日命令太平洋舰队进入全面战备状态。5月25日，情报机构甚至破译了日本联合舰队的作战计划。尼米兹命令加强空中搜索，力争先机制敌。6月4日，美机先发现日本舰队，开始交战。
日本参战部队有机动舰队、主力舰队、中途岛攻击舰队、北方舰队和先遣舰队，拥有各种战舰约160艘；美国参战部队为航空母舰攻击舰队，下辖第16特混舰队、第17特混舰队和第11特混舰队，拥有各种战舰约50艘，力量对比处于劣势。日机轰炸中途岛使美军遭受重大损失，美机则击沉日本2艘航空母舰。6月5日，中途岛海战结束。美国损失…
