1940年（昭和15年）2月10日、南支那方面軍参謀副長に就任。松岡・アンリ協定に基づく北部仏印進駐を進めるが、現地における細目協定の成立にもかかわらず、9月23日に日本軍が越境し、仏印軍との衝突に至る。これは富永恭次参謀本部第1部長（25期）との謀議によるものであり、国際的な非難を浴び、富永少将は東部軍司令部附に左遷される。この時、仏印国境監視団長として仏印側と折衝を担当した西原一策少将（25期）が、陸軍次官、参謀次長、海軍次官、軍令部次長あてに発した「統帥乱レテ信ヲ中外ニ失フ」という電文は有名。西原機関にいた小池龍二大佐（31期）は「彼（佐藤）とは二日二晩徹夜で談判したことがありますが、こちらの言い分にも耳を傾けるし、論敵ながら男らしい、さっぱりとした人でしたよ。その辺は、職権をかさに着た陰険な富永少将とは両人ともやる事は強引ですが、ずいぶん感じが違いました」と述べている。佐藤の上司で謀議に関与しなかった安藤利吉南支那方面軍司令官（16期）も責めを負って予備役に編入された。