Nel 31 a.C., Sosio comandò una flotta di Marco Antonio con la quale doveva distruggere la flotta di Lucio Arrunzio o metterlo in fuga, ma, quando quest'ultimo ebbe i rinforzi di Marco Vipsanio Agrippa, l'alleato di Sosio Tarcondimoto - re della Cilicia - venne ucciso e Sosio stesso fu obbligato a ritirarsi. Nella Battaglia di Azio, Sosio comandava l'ala sinistra della flotta. Dopo la battaglia, dalla quale fu costretto a fuggire, venne scoperto in un nascondiglio, fu catturato e portato davanti a Ottaviano che, grazie all'intercessione di Lucio Arrunzio, lo perdonò. Egli ritornò a Roma e completò il suo progetto del Tempio di Apollo Sosiano (cominciato nel 34 a.C.), dedicandolo al nome di Ottaviano.