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 oma meeskonnakaaslast üle kvalifitseerunud. Esimese nurga intsident Giancarlo Fisichellaga Istanbulis sundis teda pensionile jääma. Nakajima tegi Monacos kaks punkti, kus ükski Jaapani Formule 1 sõitja polnud varem punkti saanud, ja ta loobus Kanada Grand Prix'st 2008. aastal, kui ta pitsis uue esivarre jaoks pitsides pitsis. 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.