Nagashima tävlade i japanska mästerskap fram till 2013. Det året gjorde han också Grand Prix-debut i Moto2-klassen vid Japans Grand Prix. Säsongen 2014 fick han köra som ordinarie förare i Moto2-VM för "JiR" på en TSR. 2015 och 2016 tävlade han i europamästerskapen i Moto2 och kom tvåa 2016. Till säsongen 2016 kom Nagashima tillbaka till VM i Moto2 med "SAG Team" på en Kalex. Han kom på 26:e plats i VM. Till 2018 bytte han team till "Idemitsu Honda Team Asia" och blev 20:e i VM. Roadracing-VM 2019 körde Nagashima för "SAG Team" igen och blev 14:e i VM. Till Roadracing-VM 2020 fick Nagashima kontrakt med Ajo Motorsport och vann säsongens första Grand Prix, i Qatar 8 mars. Vet var också Nagashimas första Grand Prix-seger.