7. marraskuuta Williams vahvisti, että Nakajima olisi Rosbergin kumppani Williams-joukkueessa kaudella 2008. Hän aloitti menestyksekkäästi vuoden 2008 Australian Grand Prix -kilpailun seitsemänneksi, mutta ylennettiin kuudenneksi Rubens Barrichellon diskvalifioinnin jälkeen, vaikka hän tyrmäsi Robert Kubican pois kilpailusta ja sai rangaistuksen. Hän sijoittui seitsemänneksi
Espanjan Grand Prix, joka on ylittänyt joukkuetoverinsa. Giancarlo Fisichellan ensimmäinen mutka pakotti hänet eläkkeelle. Nakajima sai kaksi pistettä Monacossa, jossa yksikään japanilainen Formula 1 -kuljettaja ei ollut aikaisemmin saanut pistettä, ja vetäytyi Kanadan Grand Prix -kilpailusta vuonna 2008 iskeytyessään potin seinään uuden etusiiven pittissä. Nakajima sai toisen pisteen vuoden 2008 Britannian Grand Prix -kilpailussa, kun hän menetti seitsemännen sijan viimeisellä kierroksella. Singaporessa Nakajima pääsi ensimmäistä kertaa kolmanteen karsintavaiheeseen. Hän pääsi kahdeksanneksi ja sai pisteen.