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 -kilpailussa.
Hän 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.