Ranneleikkaus ja paluu tenniskentille

Tammikuussa 2009 Nieminen selviytyi Sydneyn Medibank Internationalissa loppuotteluun. Jo-Wilfried Tsonga luovutti puolivälieräottelun selkävaivojen takia. Välierissä Nieminen voitti maailmanlistan kolmosen Novak Đokovićin 6–4, 7–6 tuulisissa olosuhteissa, mutta hävisi loppuottelun David Nalbandianille. Huhtikuussa 2009 hän lopetti yhteistyön valmentajansa Joakim Nyströmin kanssa. Tunisin ATP-haastajaturnauksen välierissä hän loukkasi oikean ranteensa, jossa diagnosoitiin myöhemmin jänteen tukikalvon repeämä. Toukokuussa hän oli ranneleikkauksessa, josta toivuttuaan hän palasi tenniskentille elokuussa 2009. Marraskuussa hän voitti ATP-haastajaturnauksen Jerseyssä. Kuun lopulla hän hävisi Henri Kontiselle IPP Openin puolivälierissä. Edellisen kerran hän hävisi suomalaispelaajalle maaliskuussa 2000 hävittyään sisäkenttien Suomen mestaruuskilpailuiden loppuottelun Timo Niemiselle.
Australian avoimissa 2010 Nieminen voitti avauskierroksella Nick Lindahlin suoraan kolmessa erässä. Toisella kierroksella Nieminen kohtasi Florent Serran, mutta hävisi hänelle viiden erän kamppailun. Australian avointen nelinpelissä Nieminen pääsi välieriin parinsa Michael Kohlmannin kanssa. Hänestä tuli ensimmäinen Grand Slam -turnauksen välierissä pelannut suomalainen. Helmikuun lopulla Nieminen selviytyi välieriin Delray Beachin ATP-turnauksessa. Maaliskuussa hän voitti Marrakechin ATP-haastajaturnauksen. Touko-kesäkuussa pelattavissa Ranskan avoimissa Nieminen hävisi avauskierroksella tiukan taistelun jälkeen kuudenneksi sijoitetulle Andy Roddickille luvuin 2–6, 6–4, 6–4, 6–7(4), 3–6. Kesän alussa Nieminen palkkasi valmentajakseen Jan de Wittin. Wimbledonissa hän voitti avauskierroksella Stefan Koubekin, mutta hävisi toisella kierroksella neljänneksi sijoitetulle Andy Murraylle. Heinä–elokuun vaihteessa hän voitti Gstaadin ATP-turnauksen nelinpelin parinsa Johan Brunströmin kanssa. Syys–lokakuun vaihteessa hän löysi hyvän pelivireen ja selviytyi Bangkokin Thailand Openin loppuotteluun. Loppuottelun hän kuitenkin hävisi välierissä Rafael Nadalin voittaneelle Guillermo García-Lópezille kolmessa erässä. Tukholman avoimissa Nieminen voitti silloisen maailmanlistan kuutosen Tomáš Berdychin, mutta hävisi välierissä Florian Mayerille. Marraskuussa Nieminen kommentoi uskovansa hänen pelinsä menneen eteenpäin vuodesta 2006. Syötön kehittymisestä hän oli erityisen tyytyväinen. Lisäksi Nieminen kommentoi pelanneensa vuoden aikana liikaa ja kehui valmentajaansa de Wittiä.
Vuonna 2011 Nieminen joutui luovuttamaan Sydneyn turnauksen ensimmäisellä kierroksella Frederico Giliä vastaan polvivamman vuoksi. Seuraavalla viikolla alkaneissa Australian avoimissa hän hävisi ensimmäisellä kierroksella seitsemänneksi sijoitetulle David Ferrerille, joka pääsi turnauksessa aina välieriin asti. Rotterdamin turnauksen avauskierroksella Nieminen kohtasi jälleen Ferrerin, ja voitti hänet tällä kertaa suoraan kahdessa erässä. Ranskan avoimissa Nieminen hävisi ensimmäisen kierroksen ottelunsa David Ferrerille suoraan kolmessa erässä. Myös Wimbledonissa Nieminen kärsi tappion avauskierroksella, kun hän hävisi Nicolas Almagrolle lukemin 7–6(5), 3–6, 4–6, 4–6. Huono Grand Slam -menestys jatkui Yhdysvaltain avoimissa, missä Nieminen hävisi avauskierroksella Fernando Verdascolle. Nieminen ei ollut aiemmin pudonnut jokaisesta kauden Grand Slam -turnauksesta ensimmäisellä kierroksella. Lokakuussa Nieminen selviytyi kolmannen kerran Tukholman avointen loppuotteluun. Turnauksen toisella kierroksella hän voitti maailmanlistan sijalla 19 olleen Stanislas Wawrinkan 6–3, 6–4 ja välierässä James Blaken luvuin 7–6(5), 5–7, 6–2. Loppuottelussa Nieminen hävisi kolmieräisen ottelun maailmanlistan sijalla kymmenen olleelle Gaël Monfilsille lukemin 5–7, 6–3, 2–6.Marraskuussa Nieminen pelasi Baselin turnauksessa, jossa hän voitti ensimmäistä kertaa urallaan erän Roger Federeriä vastaan. Toisen kierroksen ottelu heidän 12:nnessa kohtaamisessaan päättyi kuitenkin Federerin voittoon lukemin 6–1, 4–6, 6–3.