При эксплуатации точность нивелиров с перекладной трубой снижалась, так как ложементы лагеров изнашивались или загрязнялись во время полевых работ, что сразу приводило к нарушению горизонтального положения визирной оси зрительной трубы. Постоянное повышение требований к точности измерения превышений методом геометрического нивелирования ставило перед конструкторами задачу разработки новых решений. И после десятилетий поиска была предложена новая конструкция, получившая достаточно простое, но лаконичное терминологическое определение — «нивелир глухой». Название строго соответствовало конструктивному расположению трех основных узлов нивелира — зрительной трубы, цилиндрического уровня и подставки, которые были «соединены между собой наглухо, без возможности каких-либо перекладок».
Глухие нивелиры начали изготавливаться в начале XX века и постепенно вытеснили нивелиры с перекладной трубой. Перед началом измерений ось вращения глухого нивелира должна быть установлена в отвесное положение по круглому уровню подставки. Для этого использовались три подъемных винта подставки нивелира — трегера. Это позволяло грубо привести визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение, а точную установку осуществить по цилиндрическому уровню при взятии отсчета по рейке.
Ось зрительной трубы является визирной осью нивелира и закрепляется сеткой нитей. При изготовлении горизонтальная нить сетки нитей устанавливалась перпендикулярно оси вращения нивелира. Однако в процессе транспортировки прибора могло произойти смещение диафрагмы с сеткой нитей относительно корпуса трубы. Поэтому для контроля этого условия проводилась поверка, и при необходимости выполнялось исправление положения горизонтальной сетки нитей с помощью юстировочных винтов.
Особенностью глухих нивелиров является жесткое соединение цилиндрического уровня со зрительной трубой. После приведения пузырька цилиндрического уровня в нульпункт с помощью элевационного винта визирная ось должна была занять горизонтальное положение, т. е. стать параллельной оси цилиндрического уровня. Это условие обеспечивал завод-изготовитель, но в процессе эксплуатации из-за механических повреждений, изменений температуры и других факторов оно могло не соблюдаться. Поэтому перед началом полевых работ обязательно выполняли поверку параллельности визирной оси зрительной трубы к оси цилиндрического уровня и добивались соблюдения этого условия юстировочными винтами цилиндрического уровня или сетки нитей.
Как и нивелиры с перекладной трубой, так и глухие нивелиры часто использовались для высотной съемки территорий. Такая съемка выполнялась по заранее закрепленным на местности точкам или непосредственно в процессе нивелирования. Для этих целей изготавливались нивелиры с горизонтальным кругом, состоящим из лимба, закрепленного на подставке, и алидады, расположенной соосно с лимбом и вращающейся вместе с трубой. Лимб (от лат. limbus — кайма, полоса) представляет собой металлический круг с градусными делениями, а алидада — пластину с нанесенным на ней штрихом для отсчета значений горизонтальных углов. Горизонтальный круг дал дополнительную полезную функцию нивелиру — возможность измерения горизонтальных углов. Следует отметить, что в этой конструкции нивелира на зрительной трубе расположен винт кремальеры (от франц. cremaillere — зубчатая рейка), позволяющий при его вращении добиться четкого изображения делений рейки.
Для удобства контроля положения пузырька цилиндрического уровня при измерении превышения в глухих нивелирах, а ранее и в нивелирах с перекладной трубой, использовалось простое и удобное решение — откидное зеркало, закрепленное над цилиндрическим уровнем. Наблюдателю было видно положение пузырька цилиндрического уровня не только сбоку от нивелира, но и со стороны окуляра. Но и в этом случае, при взятии отсчета по рейке, наблюдая в окуляр зрительной трубы, необходимо было отвлекаться на контроль положения пузырька цилиндрического уровня.