Нагасу одержала победу на своём первом Чемпионате США в 2007 году (среди юниоров), опередив всеобщую фаворитку Кэролайн Чжан. На чемпионате мира среди юниоров 2007 года Нагасу после короткой программы занимала второе место следом за Кэролайн Чжан. Она отставала от неё на 1.95 баллов, после произвольной разрыв увеличился ещё на 3.46 балла. В итоге, Нагасу заняла второе место и благодаря бронзовой медали Эшли Вагнер американки впервые в истории заняли весь юниорский пъедестал почёта.
В сезоне 2007—2008 Нагасу впервые выступила на взрослом чемпионате США, хотя на международных соревнованиях по-прежнему участвовала на юниорском уровне. Она одержала победу на двух этапах Гран-при среди юниоров: в Нью-Йорке и Загребе, где в короткой программе стала первой, а в произвольной стала второй после американки Рэйчел Флатт, но по сумме результатов заняла первое место.. Благодаря победе на двух этапах Нагасу прошла в финал Гран-при. В произвольной программе Нагасу опять отдала победу Флатт, но по сумме снова стала первой.
На чемпионате США 2008 года четырнадцатилетняя Мирай удачно выступила в короткой программе, впервые исполнив каскад прыжков "тройной лутц—тройной тулуп". В произвольной она стала третьей после Рэйчел Флатт и Эшли Вагнер, но по сумме результатов заняла первое место. Мирай Нагасу — самая молодая чемпионка США со времен Тары Липински. При обычных обстоятельствах её бы отправили на чемпионат мира, но Мирай была для этого слишком молода. Из четырёх американских медалисток, лишь Эшли Вагнер подошла по возрасту, остальные отправились на юниорский чемпионат. Нагасу завоевала там бронзовую медаль, уступив Рэйчел Флатт и Кэролайн Чжан. Американки снова заняли весь пъедестал почёта.
В сезоне 2008—2009 Мирай Нагасу выступила на «взрослых» этапах Гран-при. Она стала четвёртой на «Skate America» и восьмой на «NHK Trophy». На национальном чемпионате заняла лишь 5-е место и в сборную США на международные турниры не попала.
В сезоне 2009—2010 Нагасу участвовала в турнирах «Cup of China», где стала пятой, и «Skate Canada», где поднялась на четвёртое место. В короткую программу на чемпионате США 2010 года она стала первой, набрав 70.06 баллов. В произвольной она заработала 118.72 баллов, став третьей, а по сумме результатов заняла второе место после Рэйчел Флатт..
Летом 2010 года Мирай Нагасу получила травму ноги, в результате чего не тренировалась в течение полутора месяцев и была снята с турнира «Japan Open 2010». Фигуристка заявлена на этапы Гран-при «Cup of China» в Китае и «Trophee Eric Bombard» во Франции.