En 1644 fue enviado a los balnearios de Spa para sanar su salud, y fue investigando códices antiguos por Lovaina, Bruselas, Malinas y Amberes antes de regresar a Leiden.
Más tarde bajó a París, Lyon, Marsella, Pisa, Florencia (donde editó una nueva versión de un texto de Ovidio) y Roma.
Trabajó mucho tiempo en Milán en la Biblioteca Ambrosiana y planeaba explorar Suiza, pero la enfermedad de su padre le hizo regresar a Leiden.
Heinsius tuvo dos hijos ilegítimos con la hija de un ministro luterano, la sueca Margaretha Wullen, pero no los quiso reconocer a pesar de que se casó con su madre.
Tales hijos fueron Daniel y Nikolaas Heinsius el Joven (1655-1718).