Zu Beginn des deutschen Überfalls auf die Sowjetunion rief Sergius am 22. Juni 1941 die Gläubigen auf, sich an der Verteidigung des Vaterlandes zu beteiligen und bekundete seine Überzeugung eines sowjetischen Sieges. Während des Krieges sagte Stalin der Kirche erhebliche Erleichterungen ihrer Situation zu, unter anderem die Erlaubnis zur Wahl eines neuen Patriarchen, die Wiedereröffnung der Moskauer Theologischen Akademie, die Rückgabe von enteigneten Kirchengütern. Auf diese Weise suchte er sich ihre weitere Unterstützung zu sichern. Ende Dezember 1942 rief er die orthodoxen Gläubigen dazu auf, für die Aufstellung einer Panzerkolonne Geld zu spenden. Anfang März 1944 wurde diese Panzerkolonne unter dem historisch beziehungsreichen Namen „Dmitri Donskoi“ von Metropolit Nikolaus Jaruschewitsch der Roten Armee übergeben. Sergius wurde am 8. September 1943 einstimmig zum Patriarchen von Moskau und ganz Russland gewählt. Sein bereits bestehendes Führungsamt konnte er somit offiziell als Patriarch ausüben. Er starb neun Monate später und wurde in der Epiphanienkathedrale in Moskau beigesetzt.