Satō llevó a cabo su primer partido como internacional en marzo de 2009, en un encuentro válido por la clasificación para el Campeonato de Fútbol del Este de Asia 2010 entre Macao y Islas Marianas del Norte, que finalizó 6 a 1 a favor del primer seleccionado. El 4 de junio de 2011 dirigió el partido entre Perú y la República Checa por la Copa Kirin 2011, que terminó 0 a 0. Entre 2009 y 2014, Satō arbitró algunos torneos como la Copa Suzuki AFF 2010 y la Copa Desafío de la AFC 2012, al mismo tiempo que en diciembre de 2014 fue incluido en el equipo de arbitraje de la Copa Asiática 2015 en Australia. Satō dirigió tres partidos en el torneo, entre ellos la semifinal del 26 de enero entre Corea del Sur e Irak (2-0) en el Estadio ANZ de Sídney, mientras que el uzbeko Ravshan Irmatov arbitró la otra semifinal. En partido decisivo del grupo entre Irán y los Emiratos Árabes Unidos convalidó un gol de Reza Ghoochannejhad, a la postre el gol de la victoria iraní, por lo que terminaría como primero del grupo. El entrenador de los Emiratos Árabes se retiró después de poner en duda la imparcialidad de Satō, ya que pensaba que el gol había sido anotado en posición de fuera de juego; sus comentarios hicieron que corra el riesgo de fuertes multas por parte de la Confederación de Fútbol de Asia. Satō fue convocado en diciembre de 2015 para el equipo de arbitraje de la Copa Mundial de Clubes de la FIFA 2015 en Japón.