7. novembra je Williams potrdil, da bo Nakajima partner Rosberga v Williamsovi ekipi za sezono 2008. Leta 2008 je uspešno začel na Avstralski nagradi, kjer je končal na sedmem mestu, vendar je napredoval na šesto mesto, potem ko je bil Rubens Barrichello diskvalificiran, čeprav je Robert Kubico izgnal iz dirke in bil kaznovan. Nato je v španski nagradi končal na sedmem mestu, ko je presegel svojega moštvenega soigralca. Incident na prvem vogalu z Giancarlom Fisichello v Istanbulu ga je prisilil, da se umakne. Nakajima je dosegel dve točki.
Monako, kjer ni še noben japonski dirkač Formule 1 dosegel točke, in se je umaknil iz Velike nagrade Kanade leta 2008 po tem, ko je zadel steno pitov, ko je pitoval za novo sprednje krilo. Nakajima je na Veliki nagradi Velike Britanije leta 2008 dosegel še eno točko, potem ko je v zadnjem krogu izgubil sedmo mesto. V Singapurju je Nakajima prvič prispel v tretji kvalifikacijski krog in se uvrstil na deseto mesto. Končal je osmi in dobil točko.