С 1942 года Сергей Бурназян — на полях сражений Великой Отечественной войны в звании лейтенанта. В январе 1942 года был командирован для дальнейшего прохождения службы на Воронежский фронт в 629-й истребительный авиационный полк войск ПВО страны, которым командовал майор В. С. Ежов. Одарённый и опытный лётчик, заместитель командира и парторг 2-й эскадрильи, летая на истребителе И-16, одержав свою первую воздушную победу на Воронежском фронте в марте 1942 года, прослыл непобедимым воздушным бойцом. С первых дней нахождения на полях сражений в воздушных боях лейтенант Бурназян проявил храбрость, героизм и отменную воинскую смекалку. Особо отличился молодой лейтенант в битве за Сталинград. Так 7 сентября 1942 года патрулируя небо над Сталинградом в районе Городище, звено обнаружило группу бомбардировщиков из 12 Ju-88, идущих под прикрытием 8 истребителей Ме-109. Ведущий лейтенант С. А. Бурназян решил не допустить противника к объекту и, несмотря на многократное превосходство врага, стремительно ринулся в лобовую атаку. Разбив строй бомбардировщиков, умело маневрируя и искусно используя огонь пулемётов и реактивных снарядов, Бурназян вместе со своим ведомым сбил 2 бомбардировщика.