К началу Первой мировой войны Сергей Ильич стал командиром второй батареи 4-го дивизиона, с которой был отправлен на Кавказский фронт. Затем он возглавил 2-й лёгкий стрелковый дивизион 5-й стрелковой артиллерийской бригады. Был командирован в распоряжении начальника штаба Кавказского фронта. В 1918 году Костров выехал в Оренбург навесить мать, но, в связи с началом Гражданской войны, остался на малой родине. С июня примкнул к антибольшевистским силам — в белых войсках Восточного фронта.