[13]​ En el Universiadas de 2005, en Izmir, Nicolás ganó una medalla de bronce en los 50 metros estilo libre y en el 50 metros mariposa.

Este récord fue batido por César Cielo sólo tres años más tarde, con un tiempo de 22s76.

[38]​[39]​ En el relevo 4 × 100 metros estilos, terminó 12º, junto con Leonardo de Deus, Felipe Lima y Marcelo Chierighini.

[41]​ En Campeonato Pan-Pacífico de Natación de 2014 en Gold Coast, Australia,, se clasificó octavo en los 100 metros mariposa, y 16 en el 50 metros libre.

[43]​ Santos también ganó oro en el relevo 4x50 metros estilos mixto, en equipo también formado por Felipe Silva, Etiene Medeiros y Larissa Oliveira.

[44]​ Nicholas también fue en el Mundial para defender su título de campeón en 50 metros mariposa, obtenido en Estambul 2012.

En la final, se enfrentó a Chad le Clos, nadador de la mariposa más grande del mundo en ese momento, campeón mundial y olímpico.

[45]​ Santos todavía nadó los 100 metros mariposa, terminando en el puesto 14.

[46]​ En los Juegos Panamericanos de 2015 en Toronto, Santos terminó décimo en los 50 metros libre.

Rompió un récord que fue suyo: el atleta más viejo de la historia en ganar una medalla del Campeonato Mundial.

También ganó la medalla de bronce en el relevo 4 × 50 metros medley, junto con Guilherme Guido, Felipe Lima y César Cielo.

Allí ganó la medalla de bronce en los 50 metros mariposa masculinos a la edad de 39 años, "actualizando" su récord como el nadador de mayor edad del mundo en ganar una medalla en el Campeonato Mundial.

También se convirtió en el 2º brasileño con más medallas en los Campeonatos del Mundo de piscina corta, solo detrás de César Cielo.