Nakajima osales Norio Sasaki Jaapani U-20 rahvuskoondises 2010. aasta U-20 maailmameistrivõistlustel.
Saksamaal. Ta osales kõigis Jaapani kolmes mängus Mehhiko, Nigeeria ja Inglismaa vastu, saades ühe värava Inglismaa 3-1 võidu korral, sest Jaapan kukkus grupipõhiselt välja. Nakajima mängis esimest korda USA-ga 14. mail 2011. aastal. 10. juulil 2013 kutsuti ta 2013. aasta Ida-Aasia karikavõistlusele Lõuna-Koreas. Ta tegi oma esimese värava 20. juulil Hiina vastu 2-0 võidu ajal esimeses Ida-Aasia karika finaalringi mängus. 2014. aastal mängis ta 2014. aasta Aasia karikavõistlustel ja 2014. aasta Aasia mängudel. Jaapan võitis Aasia karikavõistluse ja 2. koha Aasia mängudel. 2018. aastal mängis ta 2018. aasta Aasia karikavõistlustel ja Jaapan võitis oma teise järjestikuse tiitli.