尼米茲的海上生涯是從“俄亥俄”號戰列艦開始的，他還不到選舉年齡就成了“俄亥俄”號戰列艦上的一名實習學員。“俄亥俄”號是1898年國會根據擴充海軍計劃批準建造的4艘戰列艦之一，剛剛結束驗收試航，它的排水量是1.2萬噸，裝有4門12英寸和16門6英寸的火炮，最大航速17節。艦長是萊維特·C·洛根海軍上校，是海軍軍官學校1867年畢業生。尼米茲雖然年齡不大，實際上當時他還不到20歲，但卻顯得少年老成，他已注意把成熟和理解力結合起來，形成一種在最困難的情況下應付自如的能力，這種能力對於他今後的成長是非常有利的。
在初登“俄亥俄”號戰列艦之前，尼米茲曾乘坐“馬薩諸塞”號和“印第安納”號戰列艦做過夏季航行。這兩艘戰列艦曾參加杜威指揮的馬尼拉灣海戰，被譽為美國海軍的驕傲。盡管尼米茲海上生涯的大部分時間都是在潛艇、小型巡洋艦和驅逐艦上度過的，但他對戰列艦一直情有獨鍾。
尼米茲在戰列艦上的實習表現是突出的，艦長洛根上校在向海軍軍官學校學術委員會做的第一季度報告中寫道：“學員尼米茲在‘俄亥俄’號艦上的表現很好。”第二季度末，尼米茲在艦長關照下，擔任過船艇官和艦麵助理軍官。洛根的評語是：“學員尼米茲是一個優秀的軍官，我很高興地把他推薦給學術委員會，請給予最優先的考慮。”
尼米茲在做學員時，一直把日本作為潛在的敵手來研究，並把太平洋當做模擬戰場。海軍艦隊演習也常以日本為對手，因為當時的日本已擁有世界上首屈一指的海軍力量。尼米茲沒有想到，模擬的敵人在30多年後竟成了真刀實劍的對手。
尼米茲在“俄亥俄”號實習期間，曾隨艦進行過一次難忘的遠東之行。“俄亥俄”號作為美國亞洲艦隊的旗艦駛抵遠東海域的時候，日俄戰爭爆發了。1905年5月，日俄海軍艦隊在對馬海域掀起了狂濤巨瀾。
1905年5月初，俄國第二太平洋分艦隊在羅熱斯特文斯基海軍中將率領下開往遠東，任務是挽救被日軍圍困在旅順和海參崴的太平洋艦隊，以解救在旅順口被日軍包圍的俄軍。俄羅斯人萬萬沒有想到，他們的這次航行會是一個走向覆滅的死亡之旅。俄國艦隊的行蹤，早被日本海軍聯合艦隊司令長官東鄉平八郎掌握得一清二楚，他們隱蔽待機，靜候俄軍的到來。5月27日淩晨，東鄉司令接到偵察船發出的電報：“發現敵艦！”於是，立即指揮日本聯合艦隊主力按預定計劃在對馬海峽展開。東鄉的作戰部署是以對馬海峽附近島嶼為依托，憑借艦隻新、艦速快、地形熟等有利條件，在對馬海峽設置了一個嚴密的連環陣。當發現俄國艦隊接近對馬海峽時，他派出4艘驅逐艦作為疑兵，引誘俄艦隊進入伏擊圈。27日1時10分，俄國艦隊進入東鄉的伏擊區，東鄉平八郎指揮日艦多路出擊，隱蔽接敵。俄軍發現日本艦隊，開炮射擊。東鄉沉著指揮，令艦隊全速逼近，為形成集中火力，在距俄艦6000米時仍未下令開火，卻來了個左轉180度“U”字形的變向（即著名的“東鄉轉變”），使日本艦隊與俄國作戰艦隊由相對而行變為相向而行，從而處於有利戰鬥航向上。13時55分，東鄉下達作戰命令。頓時，日本艦隊以壓倒性優勢，集中火力向俄國艦隊進行猛烈轟擊。遭到突襲的俄國艦隊倉促還擊。接著，東鄉指揮作戰艦隊穿越俄國艦隊航向，形成“T”字形陣勢，迫使俄艦多數火炮一時置於無用，隻得用舷邊副炮射擊。