Po nagłym zerwaniu kontraktu z Sub Pop, Nirvana zaczęła szukać wytwórni płytowej, która miała wydać drugi album zespołu^[14]. Za sprawą namów (m.in. ze strony Kim Gordon) grupa podpisała kontrakt z DGC Records w 1990^[15]. Zespół rozpoczął nagrania do pierwszego albumu wydanego za pośrednictwem oficjalnej wytwórni muzycznej, Nevermind. Producentem albumu wybrany został Butch Vig^[16]. Jako studio nagraniowe grupa wybrała Sound City Studios w Van Nuys, Los Angeles. Przez dwa miesiące zespół pracował nad utworami ze swojego repertuaru, które miały się znaleźć na nowym albumie. Niektóre, jak „In Bloom” i „Breed”, były gotowe od lat, podczas gdy inne, w tym „On a Plain” i „Stay Away” jeszcze w połowie sesji nagraniowej miały spore braki^[17]. Po zakończeniu sesji Nirvana i Vig przystąpili do miksowania albumu, ale rezultaty uznano za niesatysfakcjonujące^[17]. Ostatecznego miksowania utworów dokonał producent albumów zespołu Slayer, Andy Wallace. Po wydaniu albumu członkowie zespołu nie byli zadowoleni, jak powiedział Grohl, z „gładkiego brzmienia Nevermind”^[18].

DGC Records pierwotnie zakładała sprzedaż Nevermind w nakładzie 250 000 egzemplarzy (poziom taki osiągnął, wydany również za pośrednictwem tej wytwórni, album Goo grupy Sonic Youth)^[19]. Wydaniu płyty towarzyszyły szeroko zakrojone działania promocyjne, budżet całej kampanii reklamowej wyniósł pół miliona dolarów^[20]. Pierwszy singel z albumu, „Smells Like Teen Spirit”, zyskał natychmiast popularność, po części dzięki intensywnemu nadawaniu towarzyszącego mu teledysku na antenie telewizji MTV. W trakcie europejskiego etapu trasy promującej album (1991) zespół zdał sobie sprawę z przeludnienia panującego na koncertach, ciągłej obecności ekip telewizyjnych na scenie oraz z faktu, że „Smells Like Teen Spirit” był emitowany niemal bez przerwy w radiu i muzycznej telewizji^[21]. W grudniu 1991 album sprzedawał się w nakładzie 400 000 egzemplarzy tygodniowo (na terenie USA)^[22]. 11 stycznia 1992 osiągnął 1. pozycję na liście Billboard 200, zastępując na niej dzieło Michaela Jacksona, Dangerous^[23]. Album osiągnął również 1. miejsca na listach przebojów w kilku państwach na całym świecie^[24]. Pod koniec stycznia 1992 magazyn Billboard napisał: „Nirvana jest zespołem, który ma obecnie wszystko: szacunek krytyków, poważanie i zaufanie wytwórni, władzę w rozgłośniach radiowych oraz porządne alternatywne podstawy”^[25].

W lutym 1992 Cobain poślubił liderkę zespołu Hole, Courtney Love. W sierpniu tego samego roku na świat przyszło dziecko tej pary, Frances Bean Cobain. Z powodu zmęczenia Nirvana nie zdecydowała się na rozpoczęcie kolejnej trasy koncertowej po Stanach Zjednoczonych – zespół zagrał jedynie kilka kameralnych występów jesienią 1992^[26]. Kilka dni po narodzinach córki Cobaina Nirvana zagrała jeden ze swoich najsłynniejszych koncertów – na Reading Festival. Nawiązując do plotek na temat domniemanego słabego stanu zdrowia Cobaina i możliwości rozwiązania zespołu, wokalista dla żartu wjechał na scenę na wózku inwalidzkim, następnie wstał i razem z resztą zespołu wykonał porywający show^[27].

Niecałe dwa tygodnie później Nirvana wystąpiła na rozdaniu MTV Video Music Awards. W czasie prób do występu Cobain podał, że zespół ma zamiar zagrać niepublikowany wcześniej utwór – „Rape Me”. Dyrektorzy MTV byli zaszokowani próbnym wykonaniem i, jak podaje Amy Finnerty, byli przekonani, że utwór opowiada o nich samych. Stacja nalegała, by zespół nie zagrał utworu, grożąc usunięciem występu grupy i jej teledysków z planu antenowego. Po długiej dyskusji zdecydowano, ze Nirvana zagra „Lithium”, swój najnowszy singel^[28]. Tuż po rozpoczęciu koncertu, Cobain nagle zmienił rytm i zaśpiewał dwie pierwsze linijki „Rape Me”, po czym przeszedł do „Lithium”. Pod koniec utworu, sfrustrowany niedziałającym wzmacniaczem Novoselic wyrzucił do góry swoją gitarę, która spadając uderzyła go w głowę. Oszołomiony basista z trudem zszedł ze sceny. W czasie gdy Cobain niszczył pozostały sprzęt, Grohl podbiegł do mikrofonu i zaczął krzyczeć w kierunku widowni „Cześć Axl”, co odnosiło się do siedzącego na widowni Axla Rose, wokalisty Guns N’ Roses, z którym zespół i Courtney Love mieli incydent przed występem^[29].

Typowy program dla ostatniej trasy Nirvany w Europie w 1994 roku

W grudniu 1992 Nirvana wydała Incesticide, kolekcję utworów ze stron B singli i innych niewykorzystanych na poprzednich albumach studyjnych nagrań. Część z nich pojawiło się wcześniej w postaci bootlegów sprzedawanych na czarnym rynku^[28][30]. Incesticide zawierał też utwory umieszczone wcześniej na minialbumach i singlach zespołu (m.in. „Sliver” i „Dive”), a także materiał skomponowany na potrzeby BBC („Been a Son”, „Aneurysm”) oraz covery utworów grup The Vaselines i Devo.