В июне 1944 года Н. С. Сергеева назначают начальником разведки 129-й Орловской стрелковой дивизии. Дивизия участвует в Белорусской наступательной операции (операция «Багратион»). После разгрома Бобруйской группировки дивизия, двигаясь стремительным маршем на запад, преследовала противника, сбивая его с промежуточных рубежей. 14 июля 1944 года дивизия освобождает Волковыск, 26 июля — Белосток. К 5 сентября дивизия выходит на реку Нарев в районе города Рожан и выводится в резерв 2-го Белорусского фронта.