Epäonnistuttuaan saamaan paikkaa Formula 1:stä, Satō ilmoitti siirtyvänsä amerikkalaiseen IndyCar-sarjaan kaudeksi 2010. Satōn tallina toimi vuosina 2010 ja 2011 KV Racing Technology. Vuonna 2012 Sato ajoi Rahal-Letterman tallissa ja vuodesta 2013 alkaen A. J. Foyt Enterprises -tallissa. Saton paras sijoitus sarjassa on vuoden 2011 13. sija. Sato voitti arvostetun Indianapolis 500 -kilpailun vuosina 2017 ja 2020.