После разгрома финских войск в Карелии и выхода Финляндии из войны 277-я штурмовая авиационная дивизия включилась в Прибалтийскую стратегическую операцию. Гвардии лейтенант С. И. Потапов, назначенный на должность командира звена, принимал участие в освобождении Эстонии в ходе Таллинской операции. 10 октября 1944 года дивизия, в которой служил Сергей Иванович, была выведена из состава 13-й воздушной армии и переброшена на 3-й Белорусский фронт, где приняла участие в Гумбиннен-Гольдапской операции в составе 1-й воздушной армии. За период с 16 по 29 октября 1944 года в боях на территории Восточной Пруссии гвардии лейтенант Потапов совершил 16 боевых вылетов на поддержку наступления 11-й гвардейской армии, во время которых он неоднократно демонстрировал образцы мужества и отваги. Выполняя задачу содействовать наземным частям в прорыве оборонительного рубежа на реке Писса и наступлению на Вальтеркемен, одновременно препятствуя выдвижению резервов противника к участку прорыва и занятию ими промежуточных рубежей, 18 октября 1944 года Сергей Иванович в составе шестёрки Ил-2 атаковал вражескую колонну в районе населённого пункта Поджонен. Несмотря на плотный зенитный огонь противника гвардии лейтенант Потапов сделал три захода на цель, снизившись в ходе боя до высоты 700 метров, а затем до бреющего полёта, и уничтожил 6 автомашин и 8 повозок с военными грузами, до 40 солдат и офицеров противника и подавил огонь зенитной батареи. Самолёт Потапова был сильно повреждён зенитным огнём и стал терять управление, но лётчик сумел благополучно привести его на свой аэродром. 23 октября 1944 года в группе из 4-х Ил-2 в районе населённого пункта Гавойтен под сильным зенитным огнём и в условиях противодействия вражеских истребителей он вновь атаковал скопление немецких войск на бреющем полёте и в результате бомбово-штурмового удара поджёг 1 танк и 1 самоходную артиллерийскую установку, разбил 2 автомашины с пехотой и грузами.