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 pääsi sitten seitsemänneksi Espanjan Grand Prix -kilpailussa, kun hän oli päihittänyt joukkuetoverinsa. Giancarlo Fisichellan ensimmäinen mutka pakotti hänet eläkkeelle. Nakajima sai kaksi pistettä.
Monaco, jossa kukaan japanilainen Formula 1 -kuljettaja ei ollut aikaisemmin saanut pistettä, ja vetäytyi 2008 Canadian Grand Prix -kilpailusta, kun hän osui potin seinään uuden etusiipiä varten. 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.