破译的日本电讯表明，日本正试图通过苏联政府，伸出求和的触角。于是，尼米兹、斯普鲁恩斯着手将工作重点从制定“奥林匹克行动”方案转到为日本可能投降作准备上。有关建立民事政府、处理战犯，一直到战后重建工作方面的专家等事宜，都成了太平洋舰队参谋部讨论的话题。
海军武器专家带来了在新墨西哥州阿拉莫戈多爆炸的第一颗原子弹的资料影片。尼米兹认为使用原子弹违背人道主义精神和道德准则，这不是一种合法的战争手段。但他又同意日本问题专家莱顿的看法，日本人的武士道精神是难以通过常规手段摧毁的。作为美军统帅，尼米兹还必须考虑另一个实际的问题，即他不想牺牲更多的美国人。
7月26日，美、英、中政府发布“波茨坦公告”，公告指出：日军必须无条件投降；除本国四岛外，日本应从其占领的一切领土上撤出，否则，只有“自取灭亡”。
这时，美军“印第安纳波利斯”号巡洋舰已将次临界铀235和两枚原子弹的组成部件运到了位于马里亚纳群岛中的提尼安小岛上。
日本政府对“波茨坦公告”所列条文未作出任何反应。
8月6日清晨，一架B－29型轰炸机装载着第一颗原子弹从提尼安岛起飞。8点15分整，死亡之神在广岛上空降落，不到15分钟，白色烟云便将全城卷入一片恐怖的火光之中。瞬间，城中7万多无辜居民或亡或残。9点20分，美空军从1500海里外的日本上空向提尼安岛传来清晰明确的消息：“任务顺利完成！”负责“原子弹计划”的法雷尔将军迅速将此情向尼米兹报告，并由具体负责该计划的另一将军格里夫斯转报正从波茨坦会议返国的杜鲁门总统。
同盟国又向日本发出了波茨坦会议议定的最后通牒。最后通牒重申波茨坦会议精神，要求日本放弃一切领地属权，并由盟军占领日本本土，直至建立一个和平、负责的日本政府为止。
全世界都在拭目以待。尼米兹对日本政府愚顽不化的态度颇为吃惊。此刻日本人也很清楚，他们已绝无获胜的可能了，他们理应作出明智的反应。
然而，日本政府继续保持沉默。
8月8日，苏联向日本宣战，并出兵中国东北。
8月9日凌晨，又一架携带原子弹的飞机从提尼安岛起飞。11点零1分，原子弹炸毁了九州的长崎市。
这大概是临近战争结束的最后一声巨响了。战火硝烟即将散去，和平的扞卫者和奋斗者们将开始赢得他们应有的荣誉。8月10日，英国王室决定授予尼米兹将军“巴斯骑士大十字勋章”，授勋仪式在英国海军上将布鲁斯·弗雷泽将军的旗舰“约克公爵”号战列舰上举行。一条紫色绶带从尼米兹肩上披挂到胸前。
11日清晨，尼米兹收到金将军的一份电报，宣告了日本已停止抵抗的消息。
对尼米兹而言，这个消息实现了他对崭新明天的向往。这也是许许多多作出了崇高牺牲的勇士们的愿望。在尼米兹看来，胜利早已是预料之中的事情，这一天，不过是如期来临而已，就好像是再一次证明了尼米兹的坚定信念和准确判断一样。
尼米兹起身下令实施新的战术手段。他向空中巡逻的飞行员发出信号：“查明并击落一切偷袭者——尽可能不要采取报复手段。”
当欢庆胜利的声音激荡在美利坚上空时，杜鲁门总统在电台宣布，他已委托麦克阿瑟将军作为盟军最高司令，由他负责安排和主持日本投降仪式，并签署和平文件。
尼米兹顿感愤懑，他认为这是对海军将士的极大不公。在太平洋的历次战斗中都是海军身负重任，出生入死，而到了胜利时刻，却让一位陆军将领担当主角，摘取果实。这种任命说明全世界的目光将再次集中于麦克阿瑟身上，似乎主要是由他的部队把日本打败了。
尼米兹将此种情况报告金上将，并表达了自己的强烈不满。金立即向总统提出，如果由一名陆军将领主持和平协议，那么，仪式应在一艘海军舰只上而不是在陆上举行。海军部长福雷斯特尔还从国务卿处赢得一项协议：如果麦克阿瑟代表盟军在投降书上签字，尼米兹将代表美国签字。
29日，尼米兹也乘水上飞机抵达东京湾，把将旗升在“南达科他”号上。
1945年9月2日8点，尼米兹一行乘专艇赶到签字地点，舰上哨声大作，扩音器响起了“海军上将进行曲”。
又过了一段时间，麦克阿瑟与参谋人员也抵达了。麦克阿瑟和尼米兹相互握手，共同庆祝这一难忘的时刻。
军中牧师祈祷后，乐队高奏美国国歌。麦克阿瑟和尼米兹一起走上露天甲板。哈尔西紧随其后。麦克阿瑟站在桌后发表了令人难忘的和平讲话，然后他请日本帝国政府的代表走向前来签字。
麦克阿瑟代表盟军在日本受降书上签字时，请美陆军的乔纳森·温赖特将军和英国陆军中校亚瑟·珀西瓦尔站在他的身后，这二人都曾是战俘，刚从满洲日本战俘营乘飞机赶来。
切斯特·尼米兹海军五星上将接着走上前来，代表美利坚合众国签字。麦克阿瑟五星上将和哈尔西上将、谢尔曼少将站在他的身后。
几天以后，尼米兹登上一架飞机飞返珍珠港，然后去旧金山。这是他百感交集的时刻，他疲劳而兴奋，忧伤而充实，愁闷而愉快。他的心中充满了那种即将凯旋归国的游子之情。
他离开关岛，从此再没有回去过。
这是举国欢庆的时刻，也是欢迎英雄荣归故里的时刻。海军部长福雷斯特尔认为，太平洋美军总司令像陆军领袖们一样为胜利创立了殊功，理应享受同样的待遇。他准备在10月初为尼米兹举行一次抛彩带的夹道欢迎。
尼米兹一向不是追名逐利的人，他起初反对这种煞费苦心的安排。但是，他必须面对这样一种事实：他是全国海军的代表，海军和陆战队员在太平洋战争中作出了突出贡献，可以说，是海军真正赢得了这场太平洋战争的胜利，应该使人民了解这一点。他所接受的将是全体海军的荣誉，他没有权利，也没有理由拒绝这一荣誉。
事实上，海军是无法被忽略的。来自民间邀请尼米兹参加庆祝活动的请柬，像雪片一样从各处飞来。那些留有尼米兹成长足迹和业绩的城市更是无法忘记这位海军的杰出人物为他们付出的一切。旧金山、纽约以及得克萨斯州的达拉斯市、奥斯汀市、克维尔和弗雷德里克斯堡的市政当局及普通群众以无法拒绝的盛情向尼米兹伸出了热烈欢迎之手。
在福雷斯特尔的努力下，华盛顿官方决定将10月5日定为“尼米兹日”，将组织3英里长的游行庆功队伍。届时，尼米兹将在两院联合大会上发表演讲，并由哈里·杜鲁门授勋。
在赴华盛顿出席盛典的路上，尼米兹在旧金山稍事停留。这里是他经常造访的城市，战争期间，他和金上将曾在这里多次举行军事会议，凯瑟琳和玛丽也在这里长期生活。此次，代理市长丹·加拉菲尔邀请他去市政厅以表示特殊敬意。
市政厅没来得及组织正式的游行，但尼米兹的行车路线早已家喻户晓。当汽车经过时，成千上万的人们自发地聚集在街道两旁欢迎凯旋而归的将军。在市政大厅，丹·加拉菲尔当众把旧金山市的一把钥匙送给尼米兹。尼米兹将军说：“为了这把钥匙，山本五十六可是付出了他的一切啊！”
人群爆发出阵阵欢呼之声。旧金山的每个市政官员和公民为他的话而感动。这座地处太平洋东岸、易受敌人袭击的城市，对这位来自海上的坚定沉着、敏锐睿智、足可信赖的将军始终充满着敬意和亲切感。
