В 1864—1869 годах — старший секретарь миссии в Болгарии; с 1864 года — надворный советник.
В 1869—1874 годах — старший секретарь посольства в Вене; с 1871 года — статский советник. С 1872 года — камергер.
В 1874—1877 годах, в преддверии русско-турецкой войны 1877—1878 годов, состоял советником русского посольства в Константинополе (Османская империя), тайно прибыл в Бухарест для ведения с румынским премьер-министром И. Братиану секретных переговоры о конвенции, разрешавшей бы проход русских войск в случае войны с Османской империей. С 1875 года — действительный статский советник.
Во время войны был начальником дипломатической канцелярии главнокомандующего армией на Балканском полуострове великого князя Николая Николаевича (старшего). В ноябре 1877 года подготовил предварительные условия мира с Портой, на основе которых был составлен Сан-Стефанский мирный договор. Нелидов и Н. П. Игнатьев лично вели переговоры в Сан-Стефано и подписали мирный договор со стороны России.
В 1879—1882 годах — посланник в Саксонии и герцогстве Саксен-Альтенбург.
С 1882 года — управляющий посольством в Константинополе, а с 15 июля 1883 года — посол в Константинополе (до 1897 года). С 1883 года — тайный советник.
Был противником прогерманской политики, проводившейся министром иностранных дел Н. К. Гирсом и его окружением и несколько раз возбуждал вопрос о заключении союза с Францией, что должно было, по его мнению, предупредить возобновление Тройственного союза.
Был сторонником раздела Османской империи; его заветной идеей был захват проливов (Босфор и Дарданеллы). В 1896 году привёз в Санкт-Петербургпроект захвата Босфора силами армии и флота. План был одобрен 5 декабря 1896 на совещании у Николая II; Нелидов уехал в Константинополь, чтобы оттуда дать в своё время шифрованную депешу командующему Черноморской эскадрой. Однако Николай II отказался от осуществления плана. Великий визирь Киамаль-паша (1832—1913) говорил, что Нелидову в Константинополе удалось «склонить султана вполне в сторону русской политики. Султан доверял послу больше, чем своему турецкому правительству»[2]. Порта настояла на его отзыве.
С 1896 года — действительный тайный советник.
С 1897 года — посол в Риме, где вызвал недовольство короля Виктора Эммануила III своими донесениями о том, что приезд царя в Италию может вызвать враждебные демонстрации, что расстроило планы визита Николая II в Рим.
С 1903 года — посол в Париже, где пробыл до своей смерти, пользуясь большой популярностью среди консервативных кругов Франции. Удостоен многих наград, в том числе ордена Святого Владимира I степени. Скончался от рака кишечника[3] в особняке российского посольства (рю де Гренель, 79) 5 (18) сентября 1910 года[4]. Похоронен в России, на Никольском кладбище Александро-Невской лавры в Санкт-Петербурге.
Семья
Ольга Дмитриевна (1904)
Жена (с 30 мая 1862 года; Висбаден)[5] — княжна Ольга Дмитриевна Хилкова (05.10.1838[6]—1918), фрейлина двора, дочь Дмитрия Александровича Хилкова от брака с Елизаветой Григорьевной Волконской; племянница боевого генерала Степана Хилкова, тётка толстовцаДмитрия Хилкова. Принесла мужу в приданое небольшое состояние и некоторые связи. Была женщина очень неглупая и приятная в разговоре[7]. Увлекалась литературой и выступала в печати с переводами. Хорошо знавший княжну Хилкову И. С. Тургенев, отзывался о ней как о прелестной и весьма образованной девушке[8]. В обществе мадам Нелидова была известна своими легкомысленными любовными связями, из-за которых в 1894 году Австрия отказалась принять у себя послом её мужа. По словам В. Н. Ламздорфа, было бы «совершенно невозможно, чтобы пресловутая Ольга Дмитриевна, которую недолюбливала императрица Мария Фёдоровна, оказалась принятой при австрийском дворе и допущена в венское общество»[9]. За заслуги мужа в коронацию Николая II в 1896 году была пожалована в кавалерственные дамы ордена Св. Екатерины (меньшого креста). После его смерти осталась жить во Франции. Состояла председательницей Комитета русских дам в Париже. Их дети:
Дмитрий (1863—1935), дипломат, министр-резидент в Ватикане, посланник в Бельгии.
Иван (1865—1.11.1904,броненосец "Ослябя".)
Георгий (09.12.1874 — 1918), служащий МИДа, журналист, коллекционер. Его сын Иван Нелидов (04.08.1905—03.10.1936), доцент Горьковского педагогического института, расстрелян по делу П. П. и В. П. Ольбергов[10][11].
Александр (04.01.1885[12]— ?), родился в Константинополе, крестник Б. П. Мансурова.