Theo sự giới thiệu của Sonic Youth's Kim Gordon, David Geffen, người trong hãng DGC Records đã ký hợp đồng cộng tác với Nirvana trong năm 1990. Sau đó ban nhạc đã thu âm album đầu tiên với nhãn hiệu lớn. Kết quả là album Nevermind đã ra đời mà hiện nay được biết đến như là một tác phẩm kinh điển của ban nhạc huyền thoại này.

Trong album này, ban nhạc đã quyết định tiếp tục làm việc với Vig. Ngoài việc thu âm tại phòng thu Madison của Vig vào năm 1990, ban nhạc cũng đã chuyển sang thu âm ở phòng thu Sound City ở Los Angeles. Trong vòng hai tháng, ban nhạc đã thực hiện được rất nhiều bài hát trong catalog của mình. Một vài bài như "In Bloom" và "Breed" là bài "làm vốn" của ban nhạc trong nhiều năm, còn những bài khác như "On a Plain" và "Stay Away" thì không có lời hoàn chỉnh cho đến giữa quá trình thu âm[6].

Sau khi việc thu âm hoàn thành, Vig và ban nhạc làm việc hoà âm cho các album. Tuy nhiên, vài ngày sau, cả Vig và ban nhạc nhận ra rằng họ không hài lòng với sự hoà âm này. Sau đó, họ đã quyết định gọi người khác đến xem lại việc hoà âm và hãng DGC cũng cấp một danh sách những người có khả năng làm việc này. Danh sách này có tên một vài người có như Scott Litt (được biết đến trong công việc với ban nhạc R.E.M.) và Ed Stasium (được biết đến trong công việc với ban nhạc The Smithereens). Tuy nhiên, Cobain lo ngại rằng nếu hợp tác với nhhững người nổi tiếng như vậy sẽ làm cho album giống album của các ban nhạc đó. Anh đã quyết định chọn một người ở cuối danh sách, bên cạnh tên 'Slayer': Andy Wallace. (Wallace là nhà sản xuất cùng Slayer vào năm 1990 với album Seasons in the Abyss).

Wallace đã mang tới cho album một gương mặt mới, thêm nhiều các lớp nhạc và những kỹ xảo phòng thu làm cho album trở nên bóng bẩy hơn, tinh tế hơn. Một vài tháng sau khi phát hành album, Cobain đã nói với giới báo chí rằng Wallace đã làm cho Nevermind trở nên tuyệt diệu hơn và Wallace với ban nhạc đã để hết tâm trí vào trong quá trình hoà âm[7]. Thậm chí nếu ban nhạc thất vọng với âm thanh của album, Wallace đã làm giảm bớt đi khuynh hướng rock trong album và tạo nên một loại nhạc ready rock thành công đến nỗi những người khác cũng muốn được sử dụng lại trong thập kỷ tới.

Ban đầu, Nevermind không mong được bán hơn 500.000 bản. Nhưng thật không ngờ, album đã nhận được 3 lần danh hiệu đĩa bạch kim (do bán được 3 triệu bản) ở Mỹ trong vòng chưa đầy 6 tháng sau khi phát hành. "Smells Like Teen Spirit" đã được phát nhiều lần trên MTV, tạo hứng thú cho nhiều người làm theo và góp phần làm âm nhạc grunge thành dòng nhạc chủ đạo lúc bấy giờ. Sự phổ biến của nhạc alternative rock, as well as the sidelining of hair metal, is often credited to Nevermind. Vào tháng 1 năm 1992, album đã đứng đầu bảng xếp hạng của Tạp chí Billboard, thay thế album Dangerous của Michael Jackson, việc này giống như một hành động khẳng định sự vượt trội của dòng nhạc alternative đối với nhạc pop. Mệt mỏi với những lời khen ngợi, ban nhạc đã quyết định không tổ chức thêm tua diễn ở Mỹ để giới thiệu album Nevermind nữa, mà thay vào là việc tổ chức vài buổi công diễn vào cuối năm đó.

Vào tháng 2 năm 1992, sau tua diễn của ban nhạc tới Úc, Cobain đã cưới Courtney Love ở Hawaii. Love đã sinh con gái đầu lòng, Frances Bean vào tháng 8 tiếp theo. Chỉ vài ngày sau khi Frances Bean được sinh, Nirvana đã thực hiện một trong những đêm diễn hay nhất, được đưa lên tin đầu của Reading Festival. Cobain đã lên sân khấu với chiếc xe lăn như là một trò đùa, và sau đó đứng dậy rồi cùng tham gia với các thành viên còn lại trong ban nhạc phá vỡ sự sắp xếp các chất liệu mới và cũ trong âm nhạc. Trong một thời điểm của buổi diễn, Cobain đã kể lại với đám đông về bé gái mới sinh và cùng với đám đông hô khẩu hiệu "Chúng tôi yêu em, Courtney!". Dave Grohl có nhắc tới trong năm 2005 trên chương trình phát thanh Loveline rằng ban nhạc đã thực sự chuẩn bị sẵn sàng nếu có việc gì xảy ra trong đêm diễn, ôn lại các việc đã xảy ra với ban nhạc trước khi có buổi diễn này và việc họ đã không luyện tập trong sáu tháng. Mặc dù vậy, đêm diễn đã kết thúc và trở thành một trong những ký ức không thể nào quên của ban nhạc.

Chưa đầy hai tuần sau đó, Nirvana đã thực hiện một buổi diễn đáng nhớ trong chương trình Trao giải âm nhạc của MTV. MTV muốn ban nhạc chơi bản "Smells Like Teen Spirit", nhưng ban nhạc lại muốn chơi một bản có tên là "Rape Me". MTV cảm thấy e ngại với ý tưởng trình diễn bài hát có tên là "Rape Me" và cuối cùng thì đồng ý cho ban nhạc chơi bài "Lithium" thay vào đó, bài này về sau là một đĩa đơn của ban nhạc. Khi ban nhạc bắt đầu buổi biểu diễn, Kurt đã đập nhịp trên ghi ta và hát một vài đoạn trong bài "Rape Me" làm cho những người làm chương trình MTV bị sốc trước khi ban nhạc hát vào bài chính "Lithium". Gần cuối bài hát, Novoselic đã nhận ra rằng có rắc rối về điện với cây đàn của mình và đã quyết định ném cây bass của anh vào khoảng không để gây kịch tính cho đêm diễn. Anh đã nằm ra đất và cây bass rơi xuống phía trước trán anh, làm anh bị choáng và ngã ra trước sân khấu. Khi Cobain xếp lại nhạc cụ, Grohl chạy đến trước micro và hét lên "Chào, Axl!" nhiều lần, ngụ ý nhắc đến ca sĩ Axl Rose trong ban nhạc Guns'n Rose, với người này ban nhạc và Courtney đã gặp trước đêm diễn[8].

Nirvana phát hành Incesticide, một tuyển tập các bài hát ở mặt B và những bài hiếm thấy vào tháng 11 năm 1992. Rất nhiều chương trình của Nirvana đã được phát thanh trên đài BBC và những bài thu âm mà chưa được phát hành cũng bắt đầu được lưu hành qua con đường thương mại và buôn lậu băng đĩa, do đó album này đã tạo nên cú đấm mạnh vào thị trường băng đĩa lậu. Album có nhiều bài hát được hâm mộ như "Sliver", "Dive", "Been a Son" và "Aneurysm" và cả các bản cover của các bài hát do The Vaselines thực hiện, một ban nhạc đã trở nên nổi tiếng hơn do việc hát lại các bài của Nirvana.