Im März 1937 wurde er Außenminister im kurzlebigen Kabinett von Hayashi Senjūrō. Im nachfolgenden ersten Kabinett von Konoe Fumimaro und unter Tōjō Hideki diente er als außenpolitischer Berater. Im Jahr 1942 kam er dem Wunsch des damaligen Außenministers Tōgō Shigenori nach und wurde Botschafter Japans in der Sowjetunion. Dies blieb er bis zur sowjetischen Invasion in der Mandschurei im August 1945. Während seiner Zeit als Botschafter sollte er versuchen, auf Basis des Japanisch-Sowjetischen Neutralitätspakts die Kooperation zwischen beiden Staaten auszubauen und die Sowjetunion eventuell zur Unterstützung der japanischen Kriegsanstrengungen im Pazifikkrieg zu bewegen, was aufgrund der immer schlechteren Lage für Japan stetig abgewiesen wurde.
1947 wurde Satō für die Präfektur Aomori in das neue japanische Oberhaus, den Sangiin, gewählt und gehörte zur Ryokufūkai-Fraktion, 1953 und 1959 wurde er für zwei weitere Amtsperioden wiedergewählt.[1][2] Von 1949 bis 1953 war er Präsident des Sangiin..