Subito dopo l’8 settembre 1943, prese parte alla Guerra di liberazione nelle file della Resistenza imolese. Essendosi dimostrato un esperto organizzatore della lotta armata nel 7° GAP, fu nominato comandante di battaglione della 36ma Brigata Garibaldi, operante sull’Appennino tosco-romagnolo. Nel settembre del 1944, quando gli Alleati si avvicinarono alla Linea Gotica, Nicoli occupò con i suoi partigiani della “Bianconcini”, le importanti posizioni di Tossignano e Borgo Tossignano (Bologna).
Costretto ad abbandonarle dalla pressione dei nazifascisti, molto superiori in numero e armamento, si attestò sul Monte Battaglia e vi resistette sino al congiungimento con le truppe alleate della V Armata. Per il suo impegno meritò la decorazione al valor militare.
A Carlo Nicoli, che dopo la Liberazione fu protagonista della rinascita dello stabilimento Cognetex di Imola, è stata intitolata una via della città.