В сезоне 2001-2002 Сергей вновь поменял тренера и вернулся в Москву. На этот раз его наставниками стали Елена Чайковская и Владимир Котин. На международной арене он по-прежнему представлял Белоруссию. Наивысшими его достижениями стали 7-е место на чемпионате мира 2003 года и 4-е место на чемпионате Европы 2007. Дважды участвовал в Олимпиадах. В 2002 году занял 21-е место, а в 2006 — 15-е. По окончании сезона 2007-2008 Сергей Давыдов завершил любительскую спортивную карьеру.