Nach dem Ende des Ersten Weltkrieges kehrte er 1921 nach Europa zurück. Im September des gleichen Jahres wurde er von der Versammlung und vom Rat des Völkerbundes zum Richter am Ständigen Internationalen Gerichtshof gewählt, der mit Beginn des Jahres 1922 seine Arbeit aufnahm. Er wirkte am Gerichtshof für eine turnusgemäß neunjährige Amtszeit bis 1930.
Biographie des Juges. M. Nyholm, Juge. In: Rapport Annuel de la Cour Permanente de Justice Internationale (1er janvier 1922 – 15 juin 1925). Société d’éditions A.W. Sijthoff, Leiden 1925, S. 14/15
Frantz Dahl: Dommer D. G. Nyholm. Født den 21. Juni 1858 i Randers, død i København den 31. August 1931. Nachruf in: Nordisk Tidsskrift for International Ret. 2(1)/1931. Martinus Nijhoff Publishers, S. 146–150, ISSN0029-151X