Pada 7 November 2007, ia telah disahkan oleh Williams bahawa Nakajima akan menjadi rakan sepasukan Rosberg bagi musim 2008. Nakajima bermula dengan baik di Grand Prix Australia dengan mendapat tempat ketujuh, dan dinaikkan ke tempat keenam selepas Rubens Barrichello disingkirkan selepas perlumbaan. Beliau kemudiannya mendapat tempat ketujuh di Grand Prix Sepanyol. Insiden di selekoh pertama bersama Giancarlo Fisichella di Istanbul memaksa beliau untuk bersara. Nakajima mendapat dua mata kejuaraan di Grand Prix Monaco. Beliau merupakan pemandu Jepun yang pertama untuk mendapat mata di Monaco. Nakajima mendapat satu mata di Grand Prix British, selepas kehilangan tempat ketujuh pada pusingan terakhir perlumbaan. Di Singapura, Nakajima berjaya ke pusingan kelayakan bahagian ketiga buat kali pertama dan melayakkan diri ke tempat kesepuluh. Beliau menamatkan perlumbaan tersebut di tempat kelapan dan mendapat satu mata.