95年11月，佐伯出任东京研究检査部的研究检査课课长，1996年8月改任该院妇科部部长，1997年12月调赴京都，接掌院长一职，开启了女性出任自卫队医院院长的先河。1999年3月，她转任长崎县的自卫队佐世保医院院长，2000年12月则调回中央医院，当上复健科部长。2001年3月27日，日本防卫厅（今防卫省）在其发布的人事升任名单中，正式宣布佐伯光晋阶为海将补，遂使之成为1954年自卫队创建以来的首位女将。她后来在2003年以该阶级退役。佐伯于日本自卫队服务期间，除了转调各医院和各舰舰上医务室外，还曾因其在