En 2017, Nagashima se convirtió en piloto titular de Moto2 conducciendo la Kalex del equipo Teluru SAG Team.

Nagashima solo puntuó en cuatro carreras, siendo el décimo puesto en el Gran Premio de Malasia su mejor resultado.

En 2018, Nagashima pasó al Idemitsu Honda Team Asia haciendo dupla con el malayo Khairul Idham Pawi.

Además en esta temporada consiguió su primera pole position en el campeonato en el Gran Premio de Austria.

[4]​[5]​[6]​ En 2020, Nagashima tenía contrato para correr con el ONEXOX TKKR SAG Team[7]​[8]​ pero decidió romper el contrato para fichar por el Red Bull KTM Ajo.[9]​[10]​ En la primera carrera de la temporada en Catar, Nagashima clasificó en la 14.º posición y en carrera fue remontando posiciones hasta hacerse con la victoria, la primera de su carrera en el circuito en el que su amigo, el desaparecido Shoya Tomizawa ganara su único gran premio diez años atrás.