7 listopada Williams potwierdził, że Nakajima będzie partnerem Rosberga w drużynie Williams w sezonie 2008. Odniósł udany start w 2008 roku w Grand Prix Australii, kończąc na siódmym miejscu, ale awansował na szóste po zdyskwalifikowaniu Rubensa Barrichello, nawet gdy wyrzucił Roberta Kubicę z wyścigu i został ukarany. Następnie zajął siódme miejsce w Grand Prix Hiszpanii, wyprzedzając swojego kolegę z drużyny. Incydent w pierwszym zakręcie z Giancarlo Fisichellą w Stambule zmusił go do przejścia na emeryturę. Nakajima zdobył dwa punkty w Monako.
gdzie żaden japoński kierowca Formuły 1 wcześniej nie zdobył punktu, i wycofał się z Grand Prix Kanadyjskiego 2008 po uderzeniu w ścianę pitów podczas pitingu na nowe przednie skrzydło. Nakajima zdobył kolejny punkt w Grand Prix Wielkiej Brytanii w 2008 roku, po utracie siódmego miejsca na ostatnim okrążeniu. W Singapurze Nakajima po raz pierwszy awansował do trzeciej rundy kwalifikacyjnej jako dziesiąty na siatce. Zakończył ósmy i zdobył punkt.