しかし、1948年（昭和23年）1月26日に東京地裁第七刑事部が言い渡したのは、Aに対し懲役8年、Bに対し懲役3年の有罪判決であった。主文被告人〔A〕を懲役八年に同〔B〕を懲役参年に各処する但し被告〔ママ〕〔A〕に対し未決勾留日数中百五拾日を右本刑に算入する訴訟費用中鑑定人菊地甚一に支給した分は被告人〔B〕の負担としその他の分は被告人等の連帯負担とする弁護側は直ちに東京高裁へ控訴するとともに、東京人権擁護局へ八丈島署での拷問を訴えた。しかし、1951年（昭和26年）6月2日に高裁第一〇刑事部が言い渡したのも、やはり懲役8年および3年の有罪判決であった。さらに、同時期には東京人権擁護局が、八丈島署での取調べに際して強制・拷問・暴行の事実は認められない、と結論した。主文被告人〔A〕を懲役八年に被告人〔B〕を懲役三年に各処する。被告人〔A〕に対し、原審に於ける未決勾留日数中百五十日を右本刑に算入する。訴訟費用中原審鑑定人菊地甚一に支給した分は被告人〔B〕の負担とし、其の余は全部被告人両名の連帯負担とする。一審・控訴審判決はともに、住居侵入と強姦致死を牽連犯として強姦致死罪を選択し、またBには心神耗弱を認めて減刑している。一審判決は証拠として2人の予審判事、検事と「牢名主」に対する自白、そしてAの犯人性が疑われる行動の数々を採用し、控訴審はそれに加えてEの公判廷での供述も証拠採用している。犯行日時については、一審判決は「4月4日19時30分頃」と認定し、控訴審判決は「4月4日頃の夜」として特定すらしていない。
Bは予審において、転変の末に「犯行の際にランプを倒してしまったので、座布団を被せて火を消した」と供述している。にもかかわらず畳には焦げ跡がまったくなく、そもそも点火に必要なはずのマッチも現場から発見されていない。この点から弁護側は、ランプは犯行が夜間であると偽装するための真犯人の工作である、と主張している。また、Bは「犯行後は手探りで履物を探して出た」とも供述しているが、現場は履物はもちろんCの老眼鏡や着替えなど、小物に至るまでが整然とした状態であった。しかも現場には窓が一つあるだけで、周囲には街灯もない。当時の月齢は1.9に過ぎず、犯行が夜間の暗闇で行われたにしては現場の状況が整い過ぎている。さらにCは毎朝食事の用意をする習慣があったが、台所の釜には粥が5合も残されており、朝昼晩と3食食べたにしては多過ぎる。加えて、Cは必ず日没後すぐに入浴して着替える習慣があったが、その遺体は仕事着のままであった。以上のことから弁護側は、犯行はCの4月4日の昼食後であると主張した。そして、Aは4月4日に朝食後病院へ行き、通りがかりのトラックに島の巡査と同乗して帰宅しているのであるから、Aにはアリバイが成立していると訴えた。
「映画音楽は映像・作劇に溶け込むことで、初めて効果を生み出せるもの」という信念に立ち、自分の音楽がいかに映画に貢献できるかということに徹底してこだわり続けた。そのため、画に合わせるために自曲をカットすることにも何ら躊躇はなく、しかし一方では「劇伴」という映画音楽を意味する業界用語に関しては「戦前から連なる映画音楽に対する差別用語」として激しく嫌悪し続け、「俺は劇の伴奏なんか一度たりとも書いたことはない！」（2010年キネ旬ムック「オールタイム・ベスト映画遺産・映画音楽篇」キネマ旬報社）、「劇伴なんて言葉を使う監督とは組みたくない」（1991年の映画「大誘拐」パンフレットより）といった発言を多く残している。映画音楽のサウンドトラック・アルバムが見直された1970年代後半になると、自作サントラを組曲に編曲したものをレコード用に書き下ろすことも多くなり、その代表が『あゝ野麦峠』『皇帝のいない八月』である。これはレコードを通して映画や映画音楽に興味を持ってもらえたらという、自身の願いをこめたものでもあった。黒澤明とは、『生きものの記録』の仕上げを担当したことを契機に、以後『赤ひげ』までコンビを組む。『蜘蛛巣城』では能楽を勉強してその要素を取り入れ、『隠し砦の三悪人』では軽快なマーチ「六郎太のテーマ」を作曲した。黒澤作品の音楽で最もよく知られる「ドーン、ドーン」という打楽器の音は、元々佐藤が作ったものであるが、『影武者』の池辺晋一郎、『乱』の武満徹がティンパニのみで表現したのに対し、佐藤のそれは和太鼓を交えるものであり、作品世界に奥行きを与えるものに仕上がっている。黒澤とは『影武者』のとき決裂したが、理由は黒澤の要望が「グリーグのペールギュントそっくりに作ってくれ」というものであり「いかに天才でも名曲そっくりで、それを超える作品は作れない」と断ったために起きた軋轢だった。特撮作品も手がけており、中でも『日本沈没』はその「滅亡と復活」をテーマにしたサントラが知られている。本編に流れるのはジャズ・シンフォニーを基調にしたものであるが、その用法においては東京壊滅のシーンに「復活のテーマ」をぶつけるなど、従来の常識とは異なった曲付けをしている。戦争映画では東宝の8・15シリーズを手がけているが、『沖縄決戦』では離島の集団自決シーンにわざと明るい音楽をあてて、曲の基本は沖縄古来の琉球音階に置くものの、三線など沖縄固有の楽器は用いず、オーケストラで演奏した。佐藤の戦争作品でもっとも有名で人気があるのは『日本海大海戦』の「日本海マーチ」であり、金管楽器と木管楽器が織り成す軽快な行進曲に男女混声合唱が加わるこの曲は、戦争音楽の傑作として知られている。日本アカデミー賞の音楽部門は何度も受賞しており、中でも第1回の『幸福の黄色いハンカチ』は、叙情たっぷりに夫婦の愛を歌い上げる「勇作と光枝のテーマ」、ロードムービーにふさわしい軽快でリズミカルなサントラは佐藤の楽曲の代表といえる。作曲手法については、まず脚本を読み、優れた脚本であれば、行間からすらすらと曲が聴こえてきて、悪い脚本だと何も聴こえず困ってしまったという。ラッシュは「何度も見ると印象が薄くなる」という理由で、1度だけ観て、そのときの印象を大切にして曲想を練り、監督との打ち合わせに臨んだという。基本的にジャズが曲調の基礎にあったが、その枠にとらわれず、ときにはシンセサイザーを使うなど革新的な一面もあった。予算が許す場合は大編成のシンフォニー風でまとめることも少なくなく、そのひとつ『皇帝のいない八月』のプログラムでは、自分の育ったような地方都市では映画館がオーケストラ音楽に触れる貴重な場であったと記し、下記のコンサート活動にも通じる思いを語っている。映画音楽専門の作曲家として、生涯に300を超える作品に携わったが、映画を通して管弦楽の響きに親しんで欲しいという思いもあり、郷里の留萌市をはじめ各地で映画音楽を中心としたコンサートを幾度も開いた。