Sato leidde zijn eerste interland in maart 2009, een wedstrijd ter kwalificatie voor het Oost-Aziatisch kampioenschap voetbal 2010 tussen Macau en de Noordelijke Marianen (6–1). Op dezelfde dag maakte de Zuid-Koreaanse arbiter Kim Jong-hyeok, die Sato onder meer in januari 2015 bij het Aziatisch kampioenschap weer tegenkwam, zijn interlanddebuut. Op 4 juni 2011 leidde Sato de wedstrijd om de Kirin Cup 2011 tussen Peru en Tsjechië (0–0). Tussen 2009 en 2014 leidde Sato interlands op enkele toernooien als het Zuidoost-Aziatisch kampioenschap 2010 en de AFC Challenge Cup 2012. In december 2014 werd hij opgenomen in het arbitrale team voor het Aziatisch kampioenschap voetbal 2015 in Australië. Sato floot drie wedstrijden op het toernooi, waaronder de halve finale op 26 januari tussen Zuid-Korea en Irak (2–0) in het ANZ Stadium in Sydney. De Oezbeek Ravshan Irmatov leidde de andere halve finale. In de beslissende groepswedstrijd tussen Iran en de Verenigde Arabische Emiraten maakte Reza Ghoochannejhad in de blessuretijd het enige en winnende doelpunt, waardoor het Iraans voetbalelftal als groepswinnaar eindigde. De bondscoach van de Emiraten trok na afloop van de wedstrijd de onpartijdigheid van arbiter Sato in twijfel omdat hij meende dat het doelpunt in buitenspelpositie was gemaakt; door zijn opmerkingen riskeerde hij een hoge boete van de Aziatische voetbalbond. In december 2015 werd Sato opgenomen in de arbitrale selectie voor het wereldkampioenschap voetbal voor clubs 2015 in Japan.