1967年11月，佐藤第二次赴美，就归还冲绳和日美安全保障问题与约翰逊总统会谈。16日，双方发表联合声明，宣布：美国充分理解日本国民要求冲绳及小笠原诸岛归还日本的迫切愿望；日美双方将在冲绳施政权归还日本的共同方针下，继续就冲绳的地位问题进行商讨，在二三年内确定双方均满意的归还时间。为尽量减少冲绳施政权归还时可能引起的摩擦，拟采取措施促进冲绳同日本本土的一体化，增进冲绳的社会和经济福利。为此，双方同意在那霸设立琉球群岛高级专员咨询委员会，并同意在一定范围内扩大日本政府南方联络办事处的职能。

　　根据佐藤与约翰逊会谈的成果，1967年12月，三木武夫外相与美驻日大使约翰逊开始就归还小笠原群岛施政权举行会谈。1968年4月5日，双方签署《日美关于南方诸岛及其他岛屿的协定》，明确了美国将“南方诸岛及其他岛屿”（包括小笠原群岛、西之岛、硫磺列岛以及冲之鸟岛和南鸟岛）归还日本等内容。
　　6月，小笠原群岛正式归还，并入东京都版图，为最后归还冲绳铺平了道路。
　　1968年11月，美国共和党候选人理查德·尼克松在竞选中获胜，次年1月入主白宫后，任命哈佛大学教授亨利·基辛格博士担任总统国家安全事务助理，对美国的外交政策进行了重大调整。1969年7月，尼克松在关岛提出了关于亚太地区政策的所谓“关岛原则”，作为美国全球政策的基本立场，外界称之为“尼克松主义”。
　　鉴于越南的教训，尼克松主张美国在亚洲应建立“现实的”安保体制，而“没有日本的参加就不会有真正的亚洲集体安全保障”。为让日本在亚洲进一步分担责任，在经济和防卫上加强与美国的合作，尼克松决定尽快解决冲绳问题。由于日美安全条约将在1970年到期，为避免再次发生“骚动”，佐藤政府制定了归还冲绳与1970年安保问题一并解决的“一揽子”计划，得到美国的支持。因此，进入1969年以后，冲绳归还问题正式提上了日程。

　　但此时，美日之间的另一问题—贸易纠纷正日益激化，或多或少影响到冲绳问题的解决。
　　从1965年开始，美国的对日贸易出现逆差，其后双边贸易摩擦不断。1968年美国总统选举，尼克松为获得南方选民的支持，在自己的竞选纲领中提出将与日本为首的纺织品出口国签订限制进口协定。尼克松当选总统后，执政的共和党在议会中处于少数派地位，仍需民主党南方议员的支持。因此，尼克松上任不久就在1969年4月派商务部长斯坦斯访问东亚，要求各国在毛制品和纤维制品领域签订限制对美出口协定。日本纤维业界立即表示反对，并推动众议院通过了抗议美国对进口纺织品实施限制的决议。

　　尽管在1969年3月佐藤首相在参议院就归还冲绳问题表示了比较强硬的态度，但暗中还是派京都产业大学教授若泉敬作为私人密使前往华盛顿，就冲绳归还与解决纤维贸易纠纷问题试探美方的意图，甚至与美国总统助理基辛格起草了紧急状态下冲绳美军可以带入或储藏核武器以及日本对美出口纺织品可以采取限制措施的秘密协商议事录。
　　1969年5月31日，日本外相爱知揆一前往美国，就归还冲绳问题与美国开始明面上的正式谈判。
　　在与总统尼克松和国务卿罗杰斯的会谈中，爱知外相表明了日本政府的基本立场，即在日美安全条约范围内，以不损害冲绳基地确保远东安全的目的为前提，本着“与本土一样撤除核武器”的原则，于1972年归还冲绳行政权。作为相关问题，爱知提议日美安全条约于1970年6月期满后自动延长，关于使用基地的“事前协商”问题，日方也表示了积极的姿态。对此，美国表示：同意日本方面“不缔结特别协定”的主张，最迟于1972年内归还冲绳行政权。归还后冲绳的美军基地应与日本本土一样，适用于日美安全条约及其有关规定。鉴于冲绳的美军基地对日本和远东的安全起着极为重要的作用，有必要充分考虑冲绳归还后其基地的职能不应有所损害。

　　6月26日，美国国务院设立负责冲绳问题的公使职务，任命基辛格的助手、前国务院负责日本事务的斯奈德担任。7月17日，爱知外相又在东京与美国新任驻日大使迈耶举行了会谈。由此，明面上的冲绳谈判进入第二阶段。
　　1969年7月28日，美国国务卿罗杰斯到达日本，与爱知外相佐藤首相就冲绳归还问题进行磋商。针对爱知外相在华盛顿所表明的日本的主张，罗杰斯阐述了美国方面的基本观点，强调了美国对朝鲜半岛紧张状态和“中国威胁”的看法，指出美国国内对于冲绳归还后基地职能可能降低的问题强烈不安。同时追问，假如在冲绳归还之时，越南战争尚未结束，日本是否允许美军从冲绳出发参加作战行动？对此，爱知外相强调，即使冲绳撤除核武器，日本也能应付远东可能发生的任何事态，并反复说明日本会十分关心和慎重考虑“事前协商”制度的运用问题。佐藤则明确强调日本政府对冲绳“与本土一样，撤除核武器”的主张已没有再考虑的余地。

　　在此期间，从7月中旬起，以外务省美国局长东乡和冲绳问题公使斯奈德为双方首席代表，在东京开始举行日美事务性谈判。双方具体研究了日本会在多大程度上允许美军从冲绳出发采取作战行动的问题；商谈了日本将如何拟定佐藤首相访美时发表的日美联合声明。围绕美军从冲绳基地向朝鲜半岛、台湾海峡、越南三处出动问题，日本首先同意就朝鲜半岛事态动用“事前协商”机制，在谈判的前期阶段就保证给予美方大致上的满足。因此，台湾、越南及核武器问题就成为谈判的核心。

　　到10月中旬，除核武器问题外，日美之间已基本取得了一致意见。
　　1969年11月17日，佐藤率团飞往华盛顿，与尼克松举行了三次会谈，分别就包括冲绳在内的东亚安全问题、纺织品贸易问题交换了意见。第三次会谈后发表了共同声明，包括坚持日美安保条约、在不损害美军基地功能的前提下1972年归还冲绳等内容。但在第一次会谈后，佐藤与尼克松进入总统办公室旁的小房间，两人在两份秘密协商议事录上签了名。
　　至此，日美关于归还冲绳问题的交涉基本结束，进入归还协定文本的细节谈判阶段。
　　经过一年多的马拉松式的谈判，1971年6月17日，在东京的日本首相官邸和华盛顿的美国国务院分别举行了归还冲绳协定的签字仪式。根据协定，美国放弃旧金山《对日和约》第三条规定的一切权益，将冲绳的施政权归还日本。
　　与此同时，为加快解决日美之间的纺织品贸易摩擦，佐藤在重新组织内阁时任命“美国通”宫泽喜一代替态度消极的大平正芳任通产大臣。日本纤维业界从1970年7月1日开始实施纺织产品对美出口每年限制在5%-6%的增加率，但未获得美国的认可。7月5日，佐藤再次改造内阁，任命田中角荣为通产大臣。但8月15日尼克松总统宣布“新经济政策”，对日本加大压力，表示如果不签订日美政府间协定，美国不仅单方面实施纤维贸易限制措施，而且还要对汽车及彩色电视机等其他日本产品实施限制。

　　迫于压力，田中加快了谈判进程，在10月15日与美国签署了政府间协定，主要内容：限制期间为1971年10月起3年，限制对象为所有毛纺品和化纤制品，限制方式为在实行总额限制的同时实施品种限制等。另一方面，田中积极采取救济纤维业界的措施。在佐藤的支持下，将救济所需2029亿日元的款项编入政府补助预算方案中，既平息了企业的不满，也结束了长达两年半之久的日美纤维贸易纠纷。

　　而冲绳问题也在1972年5月15日以归还冲绳协定正式生效而得到基本解决，冲绳在历时27年后总算归还给了日本。
　　但由于美军基地仍留在冲绳，且数量、规模庞大，因而，施政权归还后，日本民众围绕全面收回冲绳的斗争仍在继续。