Nielsen đã sáng tác một số tác phẩm âm nhạc thính phòng, một số tác phẩm vẫn được đánh giá cao trên các tiết mục quốc tế. The Wind Quintet, một trong những tác phẩm nổi tiếng nhất của ông, được sáng tác vào năm 1922 đặc biệt cho Copenhagen Wind Quintet. Simpson, giải thích rằng niềm yêu thích nhạc cụ hơi của Nielsen có liên quan mật thiết đến tình yêu thiên nhiên của anh ấy, viết: "Anh ấy cũng rất quan tâm đến tính cách con người, và trong Wind Quintet được sáng tác có chủ ý cho năm người bạn; mỗi phần đều được làm một cách khéo léo để phù hợp với cá nhân của mỗi người chơi. "

Nielsen đã viết bốn bộ tứ chuỗi. Bộ tứ chuỗi đầu tiên số 1 trong G nhỏ, Op. 13 (1889, sửa đổi 1900) có phần "Sơ yếu lý lịch" trong đêm chung kết, tập hợp các chủ đề từ các động tác đầu tiên, thứ ba và thứ tư. Quartet chuỗi thứ hai số 2 ở F thứ, Op. 5 xuất hiện vào năm 1890 và Bộ tứ chuỗi thứ ba trong E-flat major, Op. 14 năm 1898. Nhà sử học âm nhạc Jan Smaczny gợi ý rằng trong tác phẩm này "việc xử lý kết cấu tự tin và ít dẫn xuất hơn nhiều so với các tác phẩm trước đó ... [bộ tứ] nhắc nhở điều hối tiếc nhất là Nielsen đã không theo đuổi thể loại này hơn nữa .. . để song song với sự phát triển giao hưởng sau này của anh ấy ". The Four String Quartet in F major (1904) ban đầu nhận được sự đón nhận hỗn hợp, với các nhà phê bình không chắc chắn về phong cách kín đáo của nó. Nielsen đã sửa đổi nó nhiều lần, phiên bản cuối cùng vào năm 1919 được liệt kê là Op. 44.

Violin là nhạc cụ riêng của Nielsen và ông đã sáng tác bốn tác phẩm thính phòng quy mô lớn cho nó. Khởi hành từ các quy trình tiêu chuẩn trong Bản tình ca đầu tiên, Op. 9 (1895), bao gồm các biến điệu thường đột ngột của nó và tài liệu chuyên đề ngắn gọn của nó, đã làm các nhà phê bình Đan Mạch bối rối ngay lần trình diễn đầu tiên. Bản Sonata thứ hai, Op. 35 của năm 1912 được viết cho nghệ sĩ vĩ cầm Peder Møller, người đầu năm đó đã công chiếu Bản hòa tấu vĩ cầm của nhà soạn nhạc này. Tác phẩm là một ví dụ về âm điệu tiến bộ của nhà soạn nhạc vì, mặc dù nó được cho là ở phím G nhỏ, các chuyển động đầu tiên và cuối cùng kết thúc bằng các phím khác nhau. Nhà phê bình Emilius Bangert đã viết về buổi ra mắt (do Axel Gade đưa ra), "Ấn tượng chung là về một đường nét đẹp, không đứt đoạn - một dòng chảy của các nốt nhạc - đặc biệt là chủ đề thứ hai tuyệt vời trong phần đầu tiên và sự tinh khiết, cao quả cầu của phần cuối cùng rất quyến rũ ". Hai tác phẩm khác dành cho độc tấu violin. Đoạn dạo đầu, Chủ đề và Biến thể, Op. 48 (1923) được viết cho Telmányi, và, giống như Chaconne của Nielsen cho piano, Op. 32, được lấy cảm hứng từ âm nhạc của Johann Sebastian Bach. Bản Preludio e Presto, Op. 52 (1928) được viết để tưởng nhớ sinh nhật lần thứ sáu mươi của nhà soạn nhạc Fini Henriques.