Heinäkuussa 2010 Nagatomo siirtyi lainasopimuksella Italian Serie A:han nousseen Cesenan kanssa. Hän pelasi seurassa avauskokoonpanossa laitapuolustajana. Hyvin menneen Aasian-mestaruuskilpailujen 2011 jälkeen Cesena muutti Nagatomon sopimuksen pysyväksi tammikuussa 2011. Pian sopimuksen jälkeen Internazionale osti Nagatomon lainalle vaihdossa Davide Santoniin ja samalla hänestä tuli seuran ensimmäinen japanilaispelaaja. Nagatomo debytoi Interissä helmikuussa 2011 AS Romaa vastaan tultuaan vaihdosta sisään Wesley Sneijderin tilalle. Nagatomo nousi myös Interin avauskokoonpanoon ja pelasi laitapuolustajana loistavia otteluita myös hyökkäyssuuntaan. Hän teki ensimmäisen maalinsa Interissa maaliskuussa Genoaa vastaan.