После освобождения Крыма полк Степаняна был переведён на Балтику. Едва перелетев на новое место, штурмовики Степаняна сразу же вступили в бой. Они наносили удары по плавсредствам противника в Выборгском и Финском заливах, совершали налёты на неприятельские базы. За короткое время 47-му полку было записано 30 уничтоженных фашистских кораблей и судов. 22 июля 1944 г. командующий краснознамённым Балтийским флотом адмирал Трибуц прикрепил к знамени полка орден Красного Знамени.
К августу 1944 г. командир 47-го краснознамённого штурмового авиационного полка 11-й штурмовой авиационной дивизии ВВС краснознамённого Балтийского флота подполковник Степанян совершил 239 боевых вылетов. Он лично потопил целую эскадру: миноносец, 2 сторожевых корабля, тральщик, 2 торпедных катера и 5 транспортов, общим водоизмещением более 80000 тонн! Кроме этого во время штурмовок уничтожил до 5000 солдат и офицеров врага, разбил 4 переправы, вызвал более 80 взрывов и 70 пожаров. Проведя более 30 воздушных боёв, сбил 2 бомбардировщика Ю-88, расстрелял и разбомбил на аэродромах ещё 25 самолётов различных типов. За это же время лётчики его полка совершили около 1500 боевых вылетов, потопили свыше 50 кораблей и судов противника, сбили в воздушных боях 13 вражеских самолётов. С октября 1944 г. Степанян летал на Ил-2 с надписью «Мститель» на борту — подарке членов коллегии адвокатов Армении.
14 декабря 1944 г. Степанян повёл группу «Илов» для нанесения бомбово-штурмового удара по Лиепайскому порту. Сам командир полка во главе первой группы должен был подавить береговую и корабельную зенитную артиллерию. Вторая же группа тем временем должна была пробиться к транспортам и разделаться с ними. Уже на самом подходе к целям самолёты Степаняна были внезапно атакованы сразу 30 истребителями ФВ-190. Завязался ожесточённый воздушный бой. Через несколько минут самолёт ведущего был подожжён и упал в море. Командир полка подполковник Н.Г. Степанян и бывший с ним штурман 2-й эскадрильи 47-го авиаполка капитан А.Г. Румянцев погибли.
Всего Степанян совершил 243 боевых вылета на Ил-2 (из них около 100 — на одноместном), в 36 воздушных боях сбил 2 бомбардировщика Ю-88 и 1 истребитель, уничтожил большое количество живой силы и техники противника.
6 марта 1945 г. за умелое руководство полком и личное мужество, проявленное в боях с врагами, Нельсон Георгиевич Степанян был посмертно удостоен второй медали «Золотая Звезда».
Памятники Герою воздвигнуты на родине в Шуше и в Калининграде. Его имя носил и большой морозильный траулер Рижского тралового флота. Бюст Героя установлен в городе Ереване. С уходом Российской армии и флота из Латвии местные власти потребовали забрать с собой и памятник прославленному лётчику, установленный в Лиепае, грозя в противном случае его разрушением. Памятник Н.Г. Степаняну был вывезен и установлен в Калининграде.