W sezonie 2008 przeniósł się do Japońskiej Formuły Challenge. Sięgnął w nim po tytuł wicemistrzowski, stając przy tym ośmiokrotnie na podium, w tym raz na najwyższym jego stopniu. Zaliczył także epizodyczny start w Formule BMW Pacyfiku, który zakończył w pierwszej trójce (nie był jednak liczony do klasyfikacji generalnej, ze względu na brak licencji).
W kolejnym roku awansował do Japońskiej Formuły 3. Startując w klasie "National", i tu został wicemistrzem serii. Satō dziesięciokrotnie plasował się na podium, z czego trzykrotnie na pierwszym miejscu (dwukrotnie startował z pierwszego pola startowego).
Drugi sezon udziału w tej serii ponownie zaliczył w tej kategorii. Tym razem jednak poszło mu zdecydowanie słabiej. Pomimo pięciu pozycji na podium (w tym zwycięstwo Fuji Speedway), wiele startów zakończył przedwcześnie, w efekcie kończąc zmagania na 4. pozycji. Po raz pierwszy w karierze wziął udział w prestiżowym Grand Prix Makau. W wyścigu dojechał jednak dopiero na 24. lokacie.