2020 stieg Nannini endgültig in die Formel-3-Kategorie auf und trat neben der FIA-Formel-3-Meisterschaft erneut für ein Rennwochenende in Montmeló an der Formula Regional European Championship an. Dabei erzielte er die Positionen neun, acht und sechs. Bei der im Rahmenprogramm der Formel 1 ausgetragenen Formel-3-Meisterschaft erhielt Nannini einen Platz beim Schweizer Rennstall Jenzer Motorsport. Nannini erreichte nur bei den beiden Rennen in Montmeló die Punkte; das Sprintrennen beendete der Italiener auf dem dritten Platz während er im Hauptrennen auf Platz zehn ins Ziel ging.