Il 9 giugno 1934 riceve il battesimo nella fede cattolica e sceglie il nome cristiano Paolo. Entra così a far parte della comunità cattolica. Particolarmente significativa è per lui la figura di san Paolo Miki. Poi chiede a Midori di sposarlo e lei accetta. Nell'agosto 1934, un mercoledì, alle 7 della mattina, durante la prima messa nella cattedrale di Urakami, il loro matrimonio è celebrato in presenza del presbitero e di due testimoni. Maria Midori Moriyama e Paolo Takashi Nagai intraprendono insieme la loro vita cristiana: Midori è presidentessa dell'associazione delle donne del quartiere di Urakami, Takashi diventa membro della Società San Vincenzo De Paoli, scoprendo gli scritti del suo fondatore, Federico Ozanam. Visita i malati e i più poveri, portando loro conforto e aiuti alimentari. Della loro unione nascono quattro bambini: un maschio, Makoto (3 aprile 1935 – 4 aprile 2001), e tre femmine, Ikuko (7 luglio 1937 – 1939), Sasano, che muore poco dopo la nascita, e Kayano (nata nel 1941). Takashi riceve il sacramento della confermazione nel dicembre 1934.