En 2018, Nakagami ascendió a MotoGP con el LCR Honda Idemitsu, siendo el compañero de equipo del británico Cal Crutchlow.

[1]​[2]​[3]​[4]​ En su primera temporada en la categoría, Nakagami tuvo problemas para dominar su Honda RC213V y eso fue reflejado en sus resultados, se ubicó constantemente de la mitad de tabla para abajo, promediando entre el 12.º a 14.º puesto.

[5]​[6]​ En su primera temporada en MotoGP terminó en la vigésima posición con 33 puntos.

En 2019, Nakagami renovó para correr por segunda temporada consecutiva en MotoGP con el LCR Honda Idemitsu.

[7]​ En 2020, Nakagami corre por tercera temporada consecutiva con el LCR Honda Idemitsu.