Formuła Renault 3.5 W sezonie 2015 Holender awansował do Formuły Renault 3.5, nawiązując współpracę z mistrzami serii, francuską stajnią DAMS. Już w drugim starcie, na hiszpańskim torze Alcaniz, zdobył pole position i był bliski zwycięstwa na mokrym torze, jednak na ostatnim nawrocie ostatecznie pokonał go bardziej doświadczony Francuz Matthieu Vaxivière. W dalszej części sezonu Nyck odczuwał fakt, że jest debiutantem i brak mu doświadczenia na podjęcie walki o tytuł mistrzowski. Mocna końcówka sezonu, który zakończył triumfem na hiszpańskim torze Jerez de la Frontera, pozwoliła mu ukończyć sezon na 3. miejscu (najlepszej wśród debiutantów). Holender sześciokrotnie sięgnął po podium i zdobył łącznie 160 punktów.
Seria GP3 W roku 2016 Nyck podpisał kontrakt z francuską ekipą ART Grand Prix, startującej w GP3. Holender w pierwszych trzech wyścigach sezonu regularnie plasował się w czołowej ósemce, jednak pozostawał w cieniu swoich zespołowych partnerów, walczących o prowadzenie w mistrzostwach – Monakijczyka Charles’a Leclerca oraz Taja Alexandra Albona. Do wyścigu na torze Hungaroring startował z pole position, jednak przez problemy na okrążeniu formującym spadł na koniec stawki. Kłopoty te rzutowały zarazem na jeszcze większe straty do zespołowych partnerów.