Nach Boutsens Wechsel zu Williams bekam Nannini auch für 1989 einen Vertrag bei Benetton und erhielt in dem britischen Nachwuchstalent Johnny Herbert einen neuen Teamkollegen, der jedoch nach einem schweren Unfall 1988 in der Formel 3000 und mehrfach gebrochenen Füßen Schwierigkeiten mit dem Bremsen hatte und nicht die Leistungen brachte, die sich der neue Teamchef Flavio Briatore vorgestellt hatte. Herbert wurde durch Emanuele Pirro ersetzt, der in zehn Rennen lediglich zwei WM-Punkte erzielte. Nannini hingegen fuhr während der Saison 32 Punkte ein und wurde Sechster der Fahrerweltmeisterschaft. Am 22. Oktober 1989 gewann er überraschend den Großen Preis von Japan, bei dem sich die McLaren-Fahrer und WM-Rivalen Alain Prost und Ayrton Senna ein geschichtsträchtiges Duell lieferten, das sieben Runden vor Schluss in einer Kollision endete. Senna hatte sich zwar noch einmal anschieben lassen und war vor Nannini über die Ziellinie gefahren, wurde jedoch unmittelbar nach dem Rennen disqualifiziert.