2012年，佐藤代表日本出戰英國倫敦舉行的奥林匹克运动会羽毛球比賽女子單打項目，在小組賽階段先以2比0輕取斯洛文尼亞的马娅·特夫尔迪，後以2-1（18-21、21-16、21-12）反勝英國的苏珊·埃格尔斯达芙，兩戰全勝晉級淘汰賽。佐藤在16強對戰丹麥的蒂内·鲍恩，在首局戰至15-12之時，她在起跳擊球後膝蓋不自然地彎曲，倒在地上狀甚痛苦，需要醫護人員進場治理。比賽暫停約兩分鐘重開，佐藤未有放棄比賽，更強忍痛楚打了兩球，但傷勢已明顯嚴重影響她的表現，日本隊教練因此主動要求放棄比賽，馬上將她送往醫院治療，首次奧運之旅亦就此被逼結束。