תמיר הצטרף למשרד החוץ ב-1993. בשנת 1994 החל לשמש כעוזר המדיני של שר החוץ, תחת השרים שמעון פרס (בממשלת רבין השנייה), אהוד ברק, ודוד לוי, וזכה מכולם לשבחים רבים על עבודתו. בשנת 1997 מונה ליועץ המדיני בשגרירות ישראל בוושינגטון, בירת ארצות הברית. בשנת 2001 חזר תמיר לישראל כדי לשמש היועץ של מנכ"ל משרד החוץ.
בשנת 2006 מונה לקונסול הכללי של ישראל למדינות ניו אינגלנד, בקונסוליה הכללית של ישראל בבוסטון, ארצות הברית. הוא שרת בתפקיד זה מיד לאחרי מלחמת לבנון השנייה ופעולות צה"ל ברצועת עזה[2], ובזמן שבו התנהל מאוחר יותר מבצע עופרת יצוקה. בתקופה זו התחדדו אי ההסכמות בין ממשלת ישראל ומשרד החוץ לבין הממשל האמריקני בראשות הנשיא ברק אובמה, באשר לעצירת תהליך השלום ולמדיניות ההתנחלויות. תמיר פעל להסביר בציבור האמריקני ובממשל את עמדתה של ישראל, גם כשפעמים רבות סבר שעמדת הממשלה בנושאים שבהם עסק היא שגויה ומזיקה לאינטרס הישראלי. על דרך הצגתו את עמדת הממשלה זכה לשבחים רבים מפי ראשי הקהילה היהודית[3], מפי חוקרים מובילים באקדמיה המתמחים בישראל[4], ואף מפי אנשי ממשל בכירים. בין היתר, יצר תמיר קשרים טובים בקרב חברי קונגרס, ועל פי עדותם סייע להם באופן משמעותי בקידום חקיקה בקונגרס בעניינים חיוניים לביטחון ישראל, כמו למשל בעיית תוכנית הגרעין האיראנית[5].
נדב תמיר התפרסם כשכתב מסמך, המבקר את ניהול היחסים של ישראל עם הממשל האמריקני. לימים התברר, שהיה זה מכתב חלוץ שאחריו באו פרסומים דומים נוספים, מאת שגרירים של ישראל במדינות מרכזיות[6].
את המסמך כתב תמיר בסוף השנה השלישית לשירותו כקונסול, ושלח אותו בתפוצה פנימית במשרד החוץ[7]. היה זה לאחר שנוכח באווירה שלילית כלפי ישראל, השוררת בחוגי הממשל האמריקני, שנבעה לדעתו מניהול שגוי ולא דיפלומטי של היחסים בין ממשלת ישראל לבין הממשל. תמיר טען שמחובתו כנציג הממשלה לדווח על תופעות הפוגעות ביחסי החוץ של המדינה, כדי שהדרג הביצועי יקבל את החלטותיו מתוך מודעות להשפעות שלהן. כפי שקורה פעמים רבות, המסמך דלף ופורסם על ידי ערוץ 10 של הטלוויזיה הישראלית באוגוסט 2009[8]. פרסום המסמך עורר ביקורת עזה[9], ונשמעו דרישות לקרוא את הכותב לסדר ואף לפטרו משירות החוץ[10][11]. בהוראת שר החוץ, אביגדור ליברמן, נקרא תמיר להגיע לישראל לשיחת הבהרה עם מנכ"ל המשרד, יוסי גל. בשיחה טען תמיר, שהמסמך נועד להיות ייעוץ טקטי באשר לדרך ניהול היחסים עם הממשל, ולא ייעוץ פוליטי באשר למדיניות עצמה. הוא הבהיר שהמסמך נועד להצביע על בעיה ביחסים עם הממשל, כתוצאה מהתנהלות בלתי מקובלת בדיפלומטיה, ולהציע דרכים לשיפורם; ושלא הייתה כל כוונה לפרסם אותו בתקשורת.
תמיר טען, שהאופן בו מתנהלת הממשלה מול ממשל אובמה יפגע באינטימיות של היחסים, שנבנו בעמל רב של שנים; ושייפגע העיקרון של השארת ישראל מעל הפוליטיקה האמריקאית, וכתוצאה מכך תיפגע גם ההזדהות של יהדות ארצות הברית עם ישראל. לדעתם של גורמים אחדים, התהליכים האלה אכן התרחשו[12][13]
.
לשכת ראש הממשלה הודיעה באופן רשמי ש"המסמך אינו ראוי לתגובה"; אך שלא לציטוט התייחס לכך גורם בכיר במשרד ראש הממשלה, וטען שהמסמך מנוסח ברשלנות ומבטא דעה פוליטית של הכותב, שהוא ניסה להזיק לישראל בכוונה, וחבל שפורסם ברבים[14].
ראשי הקהילה היהודית באזור ניו אינגלנד פרסמו הודעות תמיכה בתמיר, וביקשו להשאירו בתפקידו[3][10]. תמיר זכה לתמיכה גם מאנשי ממשל[15]; ואכן, בסופו של דבר השלים תמיר את כהונתו כקונסול הכללי[16].
תמיר פעל רבות לחיזוק הקשרים בין ישראל לקהילה היהודית המקומית. הוא יזם וקידם גישה חדשה של חיבור בין מדינת ישראל לבין יהדות ארצות הברית שלא דרך הפוליטיקה, אלא סביב מה שכינה עמיות יהודית, ודימוי האוהל הגדול המכיל את כל חברי הקהילה, כולל כאלה המבקרים את ממשלת ישראל. אחדים מראשי הקהילה ציינו, שתמיר הפך את הקונסוליה לגורם מרכזי בקידום פעילות כלכלית בין ישראל לבין המדינות המרכיבות את ניו אינגלנד, הנחשבות בין המובילות בתחומי מדעי החיים והיי-טק.
בסיום תפקידו בבוסטון הצטרף ליחידה לתכנון מדיניות במשרד החוץ בירושלים. תמיר נחשב כיום לאחד המומחים שצמחו במשרד החוץ בתחום של יחסי ישראל עם ארצות הברית.
בתפקידו כיועץ לנשיא מדינת ישראל, היה תמיר אחראי על פגישותיו הדיפלומטיות של הנשיא בישראל ובביקוריו בחו"ל, ובייעוץ לנשיא בנושאים הקשורים למדיניות חוץ, וליחסים בין ישראל לבין תפוצות העם היהודי. במסגרת תפקידו כיועץ המדיני לנשיא, תמיר הפיק ניירות עמדה בנושאים של מדיניות חוץ. תמיר ניצל את היכרותו עם הזירה המדינית בחו"ל, ובעיקר את מומחיותו ליחסים עם הממשל האמריקני ועם הקהילה היהודי בארצות הברית, כדי לסייע לגיבוש הפעילות המדינית של הנשיא, במסגרת סמכותו.
כיום תמיר מנהל את התחום הבינלאומי ואת הקשרים עם ממשלות, במרכז פרס לשלום ולחדשנות ובחברת פרס ושות' (Peres & Associates), בראשותו של חמי פרס, בנו של שמעון פרס. זוהי חברה מסחרית, שמטרתה להסתייע במעמדו של שמעון פרס כמדינאי מוכר בעולם, לקידום השלום ולביצור ולקידום מעמדה של ישראל באזור ובעולם. רווחי החברה מיועדים להשקעה במרכז פרס לשלום.
^למשל: ברני פרנק, חבר ותיק בבית הנבחרים ויו"ר ועדת הכספים לשעבר, שלח מכתב לראש הממשלה נתניהו, ובו נאמר: "תמיר היה לעזר רב לוועדת הכספים של הקונגרס בניסיון לקדם חקיקה, במטרה להטיל עיצומים על איראן."
^על העיוורון מאת בן כספית, "מוספשבת" של מעריב, 19.3.2010
^"נתניהו מזיק קשות ליחסים עם ארצות הברית", ידיעות אחרונות, 7 באוגוסט 2009
^ברני פרנק, חבר בבית הנבחרים, במכתב לראש הממשלה נתניהו: "הצטערתי לשמוע שתמיר ננזף בגלל תיאורו המדויק את התחושות הקשות הקיימות בארצות הברית - וכולל אצל רבים מאתנו, כאלה שהיו ותמיד יהיו תומכים נלהבים של מדיניות, המכירה בזכותה של ישראל להיות מדינה יהודית חזקה וחופשייה. לדעתי חשוב שממשלת ישראל תקבל תמונה מלאה של התחושות הקשות, שעלולות לפגוע בתמיכה הזאת. אילו הכפופים אלי לא היו נותנים לי ניתוח ישיר ומעמיק כפי שהקונסול נתן, למרות היותו לא הכי מלבב, כי אז ההימנעות הזאת - ולא המידע עצמו - הייתה מכעיסה אותי".
^תקרית דיפלומטית, מאת שלומי בוחניק, "ידיעות ירושלים" 18.1.2013; מקור במשרד החוץ: "מזלו של תמיר היה שהוא נחשב לקונסול מבריק שזכה לתמיכה רחבה בארץ ובארצות הברית. אילולא מכתבי התמיכה שקיבל מכל עבר, סביר להניח שהיה מסיים את תפקידו מיד."
