En 1949, Nakayama, alors âgé de 36 ans, élabore le programme technique et l'organisation de la toute nouvelle Association japonaise de karaté (JKA).
Suite à quelques querelles et rivalités concernant l'orientation du Shotokan, notamment en ce qui concerne les assauts libres de Jiyu Kumite et la notion de compétition sportive arbitrée, plusieurs anciens partent ou démissionnent en 1953-1954, laissant Nakayama seul à la tête de la JKA en 1955. Il avait, en 1951, introduit le Jiyu Kumite lors des passages de grades.
Dès 1954, il travaille au développement du karaté par le biais de la compétition. Maître Funakoshi n'était pas du tout d'accord au début, mais Nakayama réussit à le convaincre que les tournois étaient la meilleure façon de présenter le karaté au public. Assisté par Teruyuki Okazaki, il structure les concepts et les règlements de compétition, qui sont d'ailleurs encore utilisés aujourd'hui. Il attend cependant le décès de maître Funakoshi pour organiser, en
octobre 1957, les premiers Championnats du Japon, remportés par Hirokazu Kanazawa. L'événement fut un succès.
À partir de cette époque, la JKA forme et envoie des instructeurs professionnels hautement qualifiés partout à travers le monde. En Amérique, c'est à Teruyuki Okazaki qu'est confié, en 1961, la tâche de faire connaître l'enseignement de maître Funakoshi. Cette même année, Nakayama porte à 8 le nombre de dan en vigueur. Funakoshi de son vivant n'a jamais octroyé de grade supérieur à 5e dan.
En 1965, Nakayama publie Dynamic Karate, un traité écrit après de longues réflexions sur de nouvelles méthodes d'enseignement du karaté, inspirées par ses connaissances en biomécanique. Ce texte analyse en détail la théorie des postures, l'utilisation des hanches et l'équilibre, en plus de nombreuses techniques d'attaques et de défenses.
En 1977, le premier Best Karate est édité, et la série de onze volumes est complétée en douze ans. Ces ouvrages comportent de nombreuses photographies des meilleurs instructeurs de la JKA démontrant les techniques de base, des applications et des stratégies de kumite, ainsi que plusieurs katas.
Nakayama meurt le 14 avril 1987, à l'âge de 74 ans. Jusqu'à sa mort, il a voyagé outre-mer afin d'enseigner et de transmettre l'essence du karaté dans le monde entier.