После окончания вуза Нилову пришлось отложить мечты о сцене, так как его призвали в армию. Там он получил навыки минера-подрывника. Также будущей звезде кино довелось принимать участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. О том времени у Алексея сохранилось немало воспоминаний. Например, на службе Нилов с сослуживцами часто употребляли самогон.

«Сало, хлеб и самогон — это то, чем, как мы считали, мы спасались в Чернобыле. Потому что алкоголь, говорят, выводит тяжелые металлы и всякий вред, сало выводит тяжелые металлы. Хлеб — он, в общем, на закусь. Потом я уже был после института и после учебки младшим сержантом. Перед отбоем выстраивал 10 человек, все брали свои личные алюминиевые кружки, в них наливался самогон, раздавалось сало, кто сколько хотел. Это заставляли выпивать — пьешь ты или нет. Ну, для благих целей. Из моего отделения, насколько я знаю, никто с лучевой болезнью не ушел», — поделился Алексей. Пока Нилов находился в армии, его ждали жена и ребенок. На своей однокурснице Анне Замотаевой он женился еще во времена студенчества, и вскоре она подарила ему дочь Елизавету. Причем Алексей не мог присутствовать на родах дочери, так как к тому моменту уже успел принять присягу. Длительная разлука негативно сказалась на отношениях супругов. Даже когда Нилов вернулся к семье, построить счастливую жизнь с Анной ему не удалось. Причем вину за все произошедшее в то время актер возлагает на себя. В разговоре с Борисом Корчевниковым Алексей признался, что жил в отрыве от родных.

«Когда я из армии вернулся — уже взрослая дочка, моя жена, которую я не видел полтора года. Долгая пауза, скажем прямо. Вероятно, я себя не так вел с послеармейскими праздниками, с пропаданием у друзей, с какими-то гулянками, с возвращениями непонятно когда», — констатировал Нилов. После развода с женой он одно время состоял в отношениях с коллегой по сериалу «Улицы разбитых фонарей» Юлией Каманиной, но и они в итоге сошли на нет. Второй официальной женой Алексея стала актриса и певица Ирина Климова, которая подарила ему сына Никиту. Однако рождение ребенка не спасло брак звезд, и Нилов ушел от супруги, когда малышу исполнилось всего пять месяцев. Постоянство в личной жизни артиста наступило в 2004 году, когда он познакомился со своей будущей женой Еленой Володиной. Сначала она работала продавцом в модном бутике, потом переквалифицировалась в фотографа. В 2011 году влюбленные официально зарегистрировали отношения и обвенчались в Софийском соборе. Вместе с Еленой Нилов пережил клиническую смерть, к которой его привела алкогольная зависимость. К слову, именно с Леной актер наконец-то смог избавиться от пагубной привычки. Сейчас актер не пьет.