Rok później, w 1948 roku triumfował w turnieju olimpijskim w Londynie po wygranej 13 sierpnia 1948 roku na Stadionie Wembley w Londynie w finale 3:1 z reprezentacją Jugosławii.
Następnie z powodu gry we Włoszech przez 9 lat nie grał w drużynie Trzech Koron, aż dostał powołanie na mistrzostwach świata 1958 w Szwecji, na których pełnił funkcję kapitana reprezentacji Szwecji, która zdobyła wicemistrzostwo turnieju po przegranej w finale 5:2 z reprezentacją Brazylii, rozegranym 29 czerwca 1958 roku na Råsundastadion w Solnie, w którym Liedholm zdobył gola w 4. minucie, otwierającym tym samym wynik meczu na 1:0. Był ostatni mecz Liedholma w drużynie Trzech Koron.
Łącznie w latach 1947–1958 w reprezentacji Szwecji rozegrał 23 mecze, w których zdobył 12 goli.
Kariera trenerska Nils Liedholm po zakończeniu kariery piłkarskiej rozpoczął karierę trenerską. Jako trener jest uznawany za jednego z pionierów nowoczesnego futbolu we Włoszech; był znany ze swojego nowatorskiego systemu strefowego krycia i nacisku na cierpliwe posiadanie piłki i płynne pozycjonowanie, zainspirowane holenderskim futbol totalnym.