Nagatomo aloitti toisen Inter Milan - kautensa pelaamalla 62 minuuttia avajaisissa.
Serie A -ottelu Palermon kanssa päättyi 4-3 häviöön. 27. syyskuuta 2011 Nagatomo antoi assistin Giampaolo Pazzinille, kun hän lyö Aleksei Berezutskia muskaatiksi ennen kuin hän ajoi pallon maaliin CSKA Moskovan vastaan 3<unk>2 vierailussa Champions Leagin toisen ryhmävaiheen ottelussa. Hän teki kauden ensimmäisen maalinsa 10. joulukuuta 2011 Fiorentinalle 2-0:n kotivoittoon Serie A:n 15. päivän ottelupäivänä. Hän oli taas pisteetunnuksessa kolme päivää myöhemmin, kun hän johti Ricky Álvarezin ristin kotiin 1-0:n voitossa Genoaa vastaan. Vuoden 2011 viimeisessä ottelussa Leccetä vastaan Nagatomo teki "man of the match" -näytöksen tarjoamalla kaksi apuohjelmaa lopullisessa 4-1 voitossa.