November 7-én a Williams megerősítette, hogy Nakajima a 2008-as szezonban Rosberg partnerévé válik a Williams csapatában. 2008-ban sikeresen indult az ausztrál nagydíjon, hetedik lett, de hatodik lett, miután Rubens Barrichellót kizárták, miközben Robert Kubicat kiütötte a versenyből és büntetést kapott. Ezután hetedik lett a spanyol nagydíjon, miután felülmúlta csapattársát. Az első kanyarban történt incidens Giancarlo Fisichella-val Istanbulban kényszerítette a visszavonulásra. Nakajima két pontot szerzett.
Monacóban, ahol korábban egyetlen japán Formula-1-es versenyző sem szerzett pontot, és visszavonult a 2008-as kanadai nagydíjból, miután az új elülső szárnyra ütközött. Nakajima újabb pontot szerzett a 2008-as brit nagydíjon, miután elvesztette a hetedik helyet az utolsó körben. Szingapúrban Nakajima első alkalommal jutott el a harmadik kvalifikációs fordulóba, a 10. helyen. Nyolcadik lett és pontot szerzett.