Nella stagione 2003, Satō ritorna alla BAR motorizzata Honda, di nuovo in veste di terzo pilota e collaudatore, svolgendo con successo i test e partecipando al posto di Jacques Villeneuve all'ultima gara della stagione, il Gran Premio del Giappone, in cui arriva inaspettatamente sesto. Viene promosso pilota titolare dalla scuderia nipponica nella stagione 2004, durante la quale impressiona per la velocità e l'aggressività della guida, spesso ancora abbinata ad inesperienza ed imprecisione. Nel Gran Premio degli Stati Uniti ottiene il suo primo podio in carriera (e secondo in Formula 1 per un pilota giapponese dopo quello di Aguri Suzuki nel Gran Premio del Giappone 1990) alle spalle delle due Ferrari di Michael Schumacher e di Rubens Barrichello; chiude la stagione 8º nella classifica mondiale con 34 punti (il suo miglior risultato in carriera) aiutando la BAR a raggiungere il secondo posto nel campionato costruttori. Nel campionato 2005, complice una vettura meno competitiva dell'anno precedente, fatica ad esprimere la propria velocità, mentre continuano a manifestarsi errori ed imprecisioni. Negli ultimi gran premi dell'anno Satō viene fortemente criticato dagli altri piloti per avere causato incidenti evitabili, per esempio con Jarno Trulli in Giappone o con Michael Schumacher in Belgio; conclude 23º in classifica con 1 solo punto.