Der am 15.05.1966 mit einer Thor-SLV2 A Agena-B von der Vandenberg AFB gestartete zweite Satellit vom Typ Nimbus entsprach bis auf Kleinigkeiten dem 1964 auf seine Umlaufbahn gebrachten Prototypen. Neu war allerdings bei Nimbus 2 (Nimbus-C) die kontinuierliche Abstrahlung der nachts mit dem APT-System aufgenommenen IR-Bilder. Neben den bisherigen Instrumenten (APT, AVCS, and HRIR) hatte man noch ein Medium-Resolution Infrared Radiometer (MRIR) installiert, das die von der Erde emittierte bzw. reflektierte Strahlung in fünf Wellenlängen zwischen 0,5 und 29 µm registrierte. Rund 150 Stationen, davon 44 in 26 Staaten außerhalb der USA, empfingen die Daten des damals modernsten meteorologischen Satelliten. Für die USA von besonderem Interesse war die Beobachtung der „Kinderstube“ der gefürchteten Hurrikans. Am 26.07.1966 fiel allerdings das Band-Speichergerät an Bord aus. Daraufhin wurde der Speicher des hochauflösenden IR-Radiometers auch für die normale Datenaufzeichnung genutzt. Doch am 15.11.1966 versagte auch dieser Datenrekorder. Weitere Bandspeicher folgten im Laufe der nächsten Monate. So konnten schließlich bis zum 17.01.1969 nur noch ausgewählte Echtzeitdaten empfangen werden. An diesem Tag trat eine Fehlfunktion am Horizontscanner auf, der für die Ausrichtung des Satelliten zur Erde verantwortlich war. Daraufhin wurde Nimbus 2 abgeschaltet. Bis dahin hatte er ein Vielfaches der Bilder seines Vorgängers übertragen. Die große Bedeutung des Satelliten für die Weiterentwicklung der Meteorologie würdigte am 15.11.1966 der Gouverneur des Bundesstaates Pennsylvania, William W. Scranton, mit der Proklamation eines „Nimbus II Day“.
