Williams'da Alexander Wurz'un emekliliğini açıklaması üzerine GP2'de yarışırken çağrılmıştır.Böylece F1'e başlayan Nakajima, 2008 Avustralya Grand Prix'de 6. olarak en iyi derecesini elde etmiştir.Ancak sezonu 15.bitirmiştir.2009 sezonunda hıç puan toplayamayarak 2010 sezonu için F1'de yer bulma şansı da hemen hemen kaybolmuştur.