Od razu Włoch dał poznać się w Benettonie jako szybki kierowca. Do swojego drugiego wyścigu w tym zespole (Grand Prix San Marino) startował z czwartego miejsca, natomiast Grand Prix Wielkiej Brytanii ukończył na trzecim miejscu. Nannini został w Benettonie na sezon 1989. Podczas Grand Prix Japonii jechał na trzecim miejscu, ale po kolizji Ayrtona Senny z Alainem Prostem objął prowadzenie. Następnie wyprzedził go Senna, ale został zdyskwalifikowany, dzięki czemu Nannini wygrał wyścig; było to jego jedyne zwycięstwo w Formule 1.