7. novembril kinnitas Williams, et Nakajima saab Rosbergi partneriks Williams'i meeskonnas 2008. aasta hooajal. Tal oli edukas start 2008. aasta Austraalia Grand Prix'l, lõpetades seitsmendana, kuid tõusis kuuendaks pärast Rubens Barrichello diskvalifitseerimist, isegi kui ta lõi Robert Kubica võistlusest välja ja sai karistuse. Seejärel lõpetas ta Hispaania Grand Prix's seitsmendana, olles kvalifitseerunud oma meeskonnakaaslast. Esimese nurga vahejuhtum Giancarlo Fisichellaga Istanbulis sundis teda pensionile jääma. Nakajima tegi Monacos kaks punkti.
kus ükski Jaapani Formule 1 sõitja ei olnud varem punkti saanud, ja ta loobus 2008. aasta Kanada Grand Prix'st, kui ta lõi pitside seina, kui ta pitsis uue eesmise tiiva jaoks. Nakajima võitis 2008. aasta Briti Grand Prix's veel ühe punkti, pärast seda, kui ta kaotas seitsmenda koha viimasel ringil. Singapuris jõudis Nakajima esimest korda kolmandasse kvalifikatsiooni vooru, kus ta oli kümnes. Ta lõpetas kaheksandas ja sai punkti.