כתוב המשך לפרק זה - נאקאג'ימה נכלל בקבוצת נבחרת יפן מתחת לגיל 20 של נוריו סאסאקי לקראת גביע העולם מתחת לגיל 20 בשנת 2010
בגרמניה. היא הופיעה בכל שלושת המשחקים של יפן נגד מקסיקו, ניגריה ואנגליה, וסיכמה שער אחד בניצחון 3-1 נגד אנגליה, כאשר יפן הודח מהשלב הקבוצתי. נאקאג'ימה קיבלה את הכדור הראשון שלה עבור הקבוצה הבכירה נגד ארצות הברית ב -14 במאי 2011. ב-10 ביולי 2013, היא נקראה לקבוצת הכדורגל המזרחית של 2013 בקוריאה הדרומית. היא הבקיעה את שערה הראשון ב-20 ביולי בניצחון של 2-0 נגד סין במשחק הסיבוב האחרון של גביע מזרח אסיה הראשון. בשנת 2014 היא שיחקה בגביע אסיה 2014 ובמשחקי אסיה 2014. יפן זכתה באליפות בגביע אסיה ובמקום השני במשחקים האסיאתיים. בשנת 2018, היא שיחקה בגביע אסיה 2018 ויפן זכתה בתואר השני ברציפות.