Completa la següent frase: Nakajima va ser inclòs a l'equip nacional sub-20 de Japó de Norio Sasaki per a la
Copa del Món Sub-20 de 2010 a Alemanya. Va aparèixer en tots els tres partits del Japó contra Mèxic, Nigèria i Anglaterra, marcant un gol en una victòria de 3 a 1 contra Anglaterra, ja que el Japó va ser eliminat en la fase de grups. Nakajima va rebre la seva primera selecció per a l'equip senior contra els Estats Units el 14 de maig de 2011. El 10 de juliol de 2013, va ser cridada a la Copa d'Àsia Oriental de 2013 a Corea del Sud. Va marcar el seu primer gol el 20 de juliol en una victòria de 2 a 0 contra la Xina en el primer partit de la ronda final de la Copa d'Àsia Oriental. El 2014, va jugar a la Copa d'Àsia de 2014 i als Jocs Asiàtics de 2014. El Japó va guanyar el campionat a la Copa d'Àsia i el segon lloc als Jocs Asiàtics. El 2018, va jugar a la Copa d'Àsia 2018 i el Japó va guanyar el seu segon títol consecutiu.