1974年晩秋、田中金脈問題が騒がれ始めるなか、佐藤は非核三原則やアジアの平和への貢献を理由としてノーベル平和賞を日本人で初めて受賞した（受賞に関する詳細は後述）。賞金は「国際連合の下に設立された国連大学の発展に協力するなど、世界の平和と福祉の向上に資すること」を目的として佐藤栄作記念国連大学協賛財団に寄附され、国連大学の行う世界的課題の研究のうち、業績顕著なる者への褒賞として佐藤栄作賞が制定されている。1975年5月19日、築地の料亭「新喜楽」で、政財界人らとの宴席での最中にトイレに行こうとして立ち上がったところで崩れるように横倒しとなり、すぐいびきをかき始めたという。現在の日本では、ただちに救急車を呼び病院に運ぶのが常識だが、当時は逆で、すぐ駆けつけた慶應義塾大学や東京大学の医師団や家族も誰も病院に運ぼうとしなかったという。倒れた原因は脳溢血。寛子夫人の強い意向で4日間「新喜楽」で容態を見たあと、東京慈恵会医科大学附属病院に移送されたが一度も覚醒することなく昏睡を続けたのち、6月3日に死去。享年74。6月16日、日本武道館で大隈重信以来の「国民葬」が行われた。葬儀委員長は田中角栄。遺族代表は兄・岸信介だった。浄土真宗本願寺派第23世門主・勝如より法名「作願院釋和栄」を受け、また山口県田布施町にある佐藤家菩提寺の浄土真宗本願寺派帯江山真光寺より「周山院殿作徳繁栄大居士」の戒名も受けている。墓所は東京都杉並区永福の本願寺築地本願寺和田堀廟所と、郷里の山口県田布施町にある。1996年から1997年に、倒れる前日まで記していた『佐藤栄作日記』（全6巻、伊藤隆監修、朝日新聞社）が刊行された（佐藤自身は、朝日新聞を同紙の編集方針から毛嫌いしていた）。
1972年6月17日の退陣表明記者会見の冒頭、佐藤は「テレビカメラはどこかね？テレビカメラ…。どこにNHKがいるとか、どこに何々いるとか、これをやっぱり言ってくれないかな。今日はそういう話だった。新聞記者の諸君とは話さないことにしてるんだ。違うんですよ、僕は国民に直接話したい。新聞になると文字になると（真意が）違うからね。残念ながら…、そこで新聞を、さっきもいったように偏向的な新聞は嫌いなんだ。大嫌いなんだ。直接国民に話したい。やり直そうよ。（記者は）帰って下さい」と発言。最初は冗談かと思った記者たちより笑い声もあったが、佐藤はそのまま総理室に引き上げてしまった。内閣官房長官として同席していた竹下登の説得で再び会見室に戻り、何事もなかったよう佐藤は記者会見を始めた。反発した新聞記者が「内閣記者会としてはさっきの発言、テレビと新聞を分ける考えは絶対許せない」と抗議したが、「それならば出てってください。構わないですよ。やりましょう」と応え、これに岸井成格が新聞記者達に呼びかけ、「じゃあ出ましょうか！出よう出よう！」と記者全員が退席。がらんとした会見場で、佐藤はひとりテレビカメラに向かって演説した。なお竹下によると、佐藤はあらかじめ記者クラブの了解をとってテレビのみの会見を設定しようとして、秘書官を通じて記者クラブ幹部に話をつけていた。しかしそこで行き違いがあり、記者クラブ側としては、佐藤がテレビに向かって独演することは了承したが、記者が会見の席に出られないという意味では受け取っていなかったため、最後の見送りという意味も含めて陪席することとした。そのため当日の席でまず佐藤が話が違うといって怒り、それに対して見送りのつもりで来ていた記者らも腹を立てて退席することとなったという。その日の朝日新聞夕刊は、事の顛末を「…ガランとした首相官邸の会見室で、首相はモノいわぬ機械に向かって一人でしゃべっていた」と突き放すように締めくくった。全国紙が時の首相を「一人でしゃべっていた」などと書くのは前代未聞の出来事だった。
1964年7月、佐藤は池田勇人の3選阻止を掲げ自民党総裁選挙に出馬した。池田、佐藤に藤山愛一郎を加えた三つ巴選挙戦は熾烈を極め、各陣営からは一本釣りの現金が飛び交い、「ニッカ、サントリー、オールドパー」という隠語が流布するまでとなったが、党人派の支持を固めた池田が過半数をわずかに超え辛勝した。佐藤は「暫しの冷や飯食い」を覚悟したというが、同年11月9日、池田の病気退陣にともない、実力者による党内調整会談を経て、池田裁定により自民党後継総裁に指名され、内閣総理大臣に就任した。総裁公選のすぐあとに当選者が病気退陣することとなり、惜敗していた次点の候補者がその後継者に選ばれるという過程は、奇しくも兄・岸信介の総理総裁の就任の仕方と同じとなった。田中角栄はのちにこれについて、「たいていの代議士は、努力さえすれば大臣にはなることができる。だが、総理・総裁は、努力してもなれるものではない。やはり運命だ」と語っている。
監督のドニス・ド・ラ・パテリエールのインタビューによると、企画当初はアルフォンス・ブダールの脚本によるはずであったが、ジャン・ギャバンもルイ・ド・フュネスもその脚本を拒否した。計画は白紙に戻るつもりで、二人の俳優と別々に映画を撮るつもりでいたが、制作会社との契約は二人とも起用することになっており、多くの人々が「そんな大物俳優二人が一緒に出演する映画だって？絶対にやめちゃだめだよ」と言ったため、最終的にパスカル・ジャルダンが脚本を書きなおし、撮影計画が進むこととなった。撮影開始当初ジャルダンの脚本は完成しておらず、各シーンごとに書きあがった部分を撮影日の2日前に持ってきて、1日前にシーンを用意し、当日撮影するという自転車操業であったという。二人の息子のパトリック・ド・フュネス、オリヴィエ・ド・フュネス共著の『Louis de Funès, Ne parlez pas trop de moi, les enfants ! （ルイ・ド・フュネス、私のことを喋りすぎるな、息子たちよ！）』によれば、以前にド・フュネスとギャバンが共演した『パリ横断 La Traversée de Paris』『エプソムの紳士 Le Gentreman d’Epsom』の頃は、ギャバンはド・フュネス一家を別荘に招き、家族ぐるみの付き合いをしていた。『刺青の男』の撮影中、雑誌のインタビュー記者が訪れ、まずド・フュネスに「ギャバンの映画は何が好きですか？」と尋ねた。ド・フュネスは「全部です！」と答えたが、記者が同じ質問をギャバンに振ったところ、ギャバンは「ド・フュネスの映画は一作も見ていない」と答えた。これ以降ド・フュネスはギャバンと距離をとった、と長男パトリックは回想している。また撮影中ギャバンは演技以外の場でほとんど笑わず、ド・フュネスは仕事がやりにくかったと度々漏らしていた、と次男のオリヴィエの回想にも書かれている。しかしながらオリヴィエの文章によれば、のちにブーローニュ映画撮影所でギャバン主演の映画『猫 Le Chat』（1971年）に参加中の彼とばったり出くわした時、ド・フュネスは何事もなかったかのように振舞ったという。無論両者の仲はその後も続き、ギャバンの死後にはド・フュネスの先導で若手俳優に贈られるジャン・ギャバン賞が設立された。