Entrà al Parlament Japonès el 1949 com a membre del Partit Liberal del Japó, i gradualment anà escalant posicions dins el seu partit així com en el govern japonès. Així inicià les activitats polítiques sent primer Cap de Gabinet del ministre d'afers estrangers Shigeru Yoshida, i el 1952 fou nomenat Ministre de Construcció. Els posteriors moviments, i coalicions, del seu partit provocaren que Sato esdevingués Ministre de Finances en els governs de Nobusuke Kishi, el seu germà, i Hayato Ikeda.[3]
Sato va succeir Ikeda al capdavant del govern, degut a la malaltia d'aquell. Fou escollit Primer Ministre el 9 de novembre de 1964, sent reelegit el 17 de febrer de 1967 i el 14 de gener de 1970, estant en el càrrec fins al 7 de juliol de 1972.[4] Com a Primer Ministre fou molt popular gràcies al creixement que aconseguí de l'economia del país. La seva política exterior, però, fou criticada per alguns degut al seu acostament als Estats Units i a la República Popular de la Xina. Així, el 1969 pactà amb Richard Nixon la retirada de l'armament nuclear del territori japonès a condició del manteniment de les bases americanes d'Okinawa.[5]
Tot i això, algunes de les seves decisions en política internacionals van ser polèmiques. Així, l'11 de novembre de 1967 l'activista Yui Chunoshin es va immolar davant la residència del primer ministre en protesta per la participació del Japó a la Guerra del Vietnam.[6] Després de tres eleccions consecutives, Sato decidí no presentar-se a un quart mandat, sense poder deixar el seu delfí Takeo Fukuda al poder, que perdé a mans de Kakuei Tanaka.[7]
Dufourmont, Eddy (2008). "Satō Eisaku, Yasuoka Masahiro and the Re-Establishment of 11 February as National Day: the Political Use of National Memory in Postwar Japan". In Wolfgang Schwentker and Sven Saaler ed., The Power of Memory in Modern Japan, Brill, pp. 204–222. ISBN 978-19-05-24638-0