ב-7 בנובמבר הוכרז על ידי ויליאמס כי נאקאג'ימה יהיה שותף רוזברג בצוות ויליאמס לעונת 2008. הוא החל את שנת 2008 בהצלחה בגראנד פרי של אוסטרליה, סיים במקום השביעי, אך הועבר למקום השישי לאחר שברייצ'לו הודח, אף על פי שהוציא את רוברט קוביקה מהמרוץ וקיבל עונש. לאחר מכן סיים במקום השביעי בפרס הגדול הספרדי, לאחר שהחטיא את חברו לקבוצה. תקרית בפינה הראשונה עם ג'אנקרלו פיציקה באיסטנבול אילצה אותו לפרוש. נאקאג'ימה השיג שתי נקודות במונקו.
שבו אף נהג פורמולה 1 יפני לא זכה נקודה בעבר, ופרש מהפרס הגדול של קנדה 2008 לאחר שפגע בקיר הבורן בעת התאמה לצד הקדמי החדש. נאקאג'ימה זכה בנקודה נוספת בפרס הגדול הבריטי 2008, לאחר שאיבד את המקום השביעי בסיבוב האחרון. בסינגפור, נאקאג'ימה הגיע לסיבוב השלישי בפעם הראשונה והגיע למקום העשירי ברשימה. הוא המשיך לסיים במקום השמיני וקיבל נקודה.