Sul finire di quella stagione, la Tyrrell firmò un accordo con la Honda per la fornitura dei V10 aspirati ex-McLaren a partire dal 1991, e Nakajima si accasò così alla squadra del "boscaiolo" già a partire dal 1990, quando i motori erano ancora Ford Cosworth. In coppia con Jean Alesi, Nakajima riuscì a conquistare alcuni piazzamenti a punti; di particolare evidenza il sesto posto di fronte al pubblico di casa nel Gran Premio del Giappone. Nel 1991 il suo compagno di squadra alla Tyrrell-Honda fu Stefano Modena; la vettura si rivelò però meno competitiva di quanto atteso, e il giapponese andò a punti solo nella prima gara. In occasione del Gran Premio di Germania annunciò l'intenzione di ritirarsi alla fine della stagione 1991.