Consiguió 2 victorias consecutivas en su debut, acabando finalmente en el quinto lugar del campeonato.

Simultáneamente, corrió en el Super GT Japonés con un Toyota MR-S, logrando una victoria y el octavo puesto de campeonato.

[2]​ En paralelo, disputó regularmente la GP2 Series, donde terminó en la quinta posición global, siendo proclamado "novato del año".

En carrera atropelló a dos de sus mecánicos (sin consecuencias graves) al no regular bien la velocidad del pit lane.

En la temporada 2008 Nakajima pasó a ser piloto titular de Williams, junto con Nico Rosberg.

Ese año, resultó subcampeón por detrás de André Lotterer, con una victoria y podios en todas las carreras.

En 2015 obtuvo una victoria y cuatro segundos puestos, por lo que fue subcampeón detrás de Hiroaki Ishiura.

Nakajima corrió en cuatro fechas del Campeonato Mundial de Resistencia 2013 con Toyota, triunfando en Fuji nuevamente junto a Wurz y Lapierre.

Al año siguiente, disputó cinco carreras del campeonato, logrando tres segundos puestos con Wurz y Stéphane Sarrazin.