7. listopadu bylo Williams potvrzeno, že Nakajima bude partnerem Rosberga v týmu Williams pro sezónu 2008. Měl úspěšný start v roce 2008 na Velké ceně Austrálie, skončil sedmý, ale povýšil se na šestý po Rubens Barrichello byl diskvalifikován, i když knockout Robert Kubica z závodu a byl penalizován. Poté skončil sedmý ve španělské Grand Prix, když překonal svého spoluhráče. Incident v první zatáčce s Giancarlem Fisichellou v Istanbulu ho přinutil odejít do důchodu. Nakajima získal dva body v Monaku.
kde žádný japonský závodník Formule 1 dosud nezískal bod, a odešel z Velké ceny Kanady 2008 poté, co narazil do stěny pitů při pitování pro nové přední křídlo. Nakajima získal další bod na Velké ceně Velké Británie v roce 2008, poté, co ztratil sedmé místo na posledním kole. V Singapuru se Nakajima poprvé dostal do třetího kvalifikačního kola a kvalifikoval se na desátém místě. Dojel na osmé místo a získal bod.