W 1990 roku Dave przyłączył się do mało znanej jeszcze Nirvany. Jako utalentowany perkusista został szybko przyjęty na miejsce tymczasowego bębniarza Dana Petersa. Na początku relacje w zespole były bardzo dobre. Efektem tej owocnej współpracy była płyta „NevermindSpin’s Top 90 Albums of the 90's.”. Płyta ta odniosła wielki sukces komercyjny – do dziś sprzedała się w liczbie ponad 26 milionów egzemplarzyNevermind Review.. Nieprzygotowani na to muzycy popadali w różne nałogi (Kurt Cobain zaczął mieć poważne problemy z narkotykami, a Krist Novoselic alkoholowe). W tym czasie w zespole nastąpił rozłam. Dave nie mogąc znaleźć akceptacji nagrał pod pseudonimem Late! kasetę Pocketwatch. Grał on na wszystkich instrumentach, stanowiła ona zalążek Foo Fighters.
W 1993 Nirvana nagrała ostatnią płytę zawierającą premierowy materiał In Utero. Kłopoty z narkotykami wokalisty grupy i w następstwie jego śmierć skłoniły Grohla do założenia własnego zespołu. Tak wspomina te czasy Dave: