Когда началась Отечественная война, вступил в действующую армию, где отличился в ряде сражений; 29 октября 1812 год был произведён в подпоручики; получил орден Святого Владимира IV степени с бантом. Многие из воспитанников Института корпуса инженеров путей сообщения вернулись в него, чтобы окончить курс, но Сергея Строганова в списке первого выпуска, который состоялся весной 1813 года, не было. Он остался в армии и участвовал в заграничных походах русской армии и взятии Парижа в 1814 году. За отличие в сражении при Лейпциге 6 октября 1813 года был произведён в капитаны; 4 июня 1815 года был произведён в поручики гвардии с назначением адъютантом к генералу от кавалерии барону Фердинанду Винцингероде с переводом в лейб-гвардии Литовский полк.