Sergei Sergejewitsch Warenzow trat 1919 in die Rote Armee ein und nahm am Russischen Bürgerkrieg und an der Niederschlagung des Kronstädter Matrosenaufstands teil. Anschließend folgten zahlreiche Verwendungen als Offizier und Stabsoffizier wie zum Beispiel in der 25. Schützendivision im Militärbezirk Kiew und der 41. Infanteriedivision im Militärbezirk Charkow, ehe er im Volkskommissariat für Verteidigung Verwendung fand. Er war von März bis November 1941 Kommandeur der Artillerie des 6. Schützenkorps und nahm als solcher an der Schlacht um Kiew (23. August bis 26. September 1941) teil. Im weiteren Verlauf des Deutsch-Sowjetischen Krieges (22. Juni 1941 bis 9. Mai 1945) war er nach seiner Beförderung zum Generalmajor am 9. November 1941 zwischen November 1941 und September 1942 Kommandeur der Artillerie der an der Südwestfront eingesetzten 40. Armee. Mit dieser nahm er an der Schlacht bei Charkow (12. bis 28. Mai 1942) sowie der Woronesch-Woroschilowgrader Operation (28. Juni bis zum 24. Juli 1942) teil.