Merck odrzuciło propozycję produkcji leku na jej bazie, Nagai podjął się podniesienia jej efektywności i w ten sposób w 1893 r. zsyntetyzował metamfetaminę. Metamfetamina nie zyskała jednak praktycznego zastosowania i popularności aż do 1919 r., kiedy Akira Ogata opracował syntezę chlorowodorku tej aminy poprzez redukcję efedryny czerwonym fosforem i jodem.

Nagai był także zaangażowany w rozwój i zacieśnianie stosunków japońsko-niemieckich, a w 1911 r. z Tarō Katsurą i Shūzō Aokim założył Towarzystwo Japońsko-Niemieckie i został jego przewodniczącym, a po wznowieniu przez nie działalności po zakończeniu I wojny światowej był wiceprezesem tej organizacji. W 1922 r. w swoim domu gościł Alberta Einsteina, a po wybuchu wielkiego kryzysu zbierał pieniądze na pomoc niemieckim naukowcom dotkniętym jego skutkami. Podczas podróży do Niemiec w 1927 r. Nagai został przyjęty przez prezydenta Paula von Hindenburga.

W 1886 r. ożenił się z Therese Schumacher, która po przeprowadzce do Japonii zaczęła m.in. uczyć języka niemieckiego i zajmowała się wraz