Sato, que había realizado una gran carrera y luchó con Franchitti en la primera curva para conseguir adelantarle en la última vuelta, se fue muy abajo y derrapó para irse contra la pared de protección de cemento y despejar el camino para el triundo del piloto escocés.
El coche de Sato estuvo a punto de chocar contra el de Franchitti, que lo esquivó de forma brillante y bajo la bandera amarilla de precaución se convirtió en el décimo piloto en ganar por lo menos tres Indy 500.
El compañero de equipo de Franchitti, el neozelandés Scott Dixon, terminó en segundo lugar.
El brasileño Tony Kanaan fue tercero en una jornada histórica por haberse batido la temperatura que se registró en el circuito más grande del mundo, el Indianápolis Motor Speedway, que registró 95 grados Fahrenheit (35 grados), nueva marca que supera los 92 (33) que se dieron en 1937.
En el círculo de ganadores, Franchitti, que salió decimosexto, se puso un par de gafas de sol blancas para honrar al piloto inglés Dan Wheldon, que ganó las 500 de hace un año, pero falleció en un accidente en Las Vegas en la última carrera de la temporada 2011.
Los más de 250,000 espectadores también se pusieron gafas de color blanco en la vuelta 98, que coincidía con el número de coche ganador de Wheldon.
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"Quiero agradecer a todos los aficionados para saludar la jornada de dedicación que hoy le hicimos a Dan", declaró Franchitti, que fue uno de los mejores amigos de Wheldon. "Ha sido una carrera muy especial para mí en todos los aspectos".
Este fue el segundo año consecutivo en el que un accidente en la última vuelta influye en el resultado.
En el 2011, el novato JR Hildebrand también sufrió un accidente al entrar en la última curva cuando su coche se estrelló contra la pared, lo que permitió Wheldon cruzar la meta como ganador con la bandera de precaución.
"Estaba al lado de Takuma (Sato)", explicó Franchitti. "Me golpeó y encontré la manera de escapar del problema de chocar o haber quedado fuera de la carrera".
Junto al japonés Sato, el estadounidense Marco Andretti fue el que dominó el comienzo de la prueba, pero tuvo problemas a la hora de controlar su coche lo que le relegó al puesto 24.
Andretti luchaba para regresar a los primeros lugares cuando se estrelló con trece vueltas para el final.
El accidente generó una lucha cerrada en las seis últimas vueltas para llevarse la victoria, y otra angustia para una de las familias más famosas de Indy, que siguió sin tener suerte.
Kanaan estaba delante cuando se ondeó la bandera verde, pero los dos autos de Ganassi pilotados por Franchitti y Dixon volaron por el liderato que consiguieron en parte por el factor suerte que estuvo de su lado y en contra de Sato.
Hubo un récord de 35 cambios de líder, seis más que el conjunto anterior que se había dado en la edición de 1960.
El español Oriol Servia fue la gran revelación al terminar en el cuarto lugar tras haber comenzado en el puesto 27 y los pilotos brasileños fueron los más destacados entre los latinoamericanos.
Junto a Kanaan, sus compatriotas Helio Castroneves, que al igual que Franchitti tiene tres triunfos en la prueba, quedó décimo; Rubens Barriichello, le siguió en el undécimo y la debutante Ana Beatriz, ocupó el vigésimo tercer lugar.
El venezolano E.J. Viso fue 18 al estar toda la prueba de los 200 vueltas en la lucha, y otro debutante latinoamericano, el colombiano Sebastián Saavedra, de 21 años, con el equipo Conquest Racing acabó la carrera de 26.