В конце апреля 1945 года сдался американским войскам, вместе с другими «власовскими» лётчиками был интернирован во французском городе Шербуре, а в сентябре 1945 года передан советским властям на основании ялтинских соглашений. 24 августа 1946 года С. Т. Бычков был осуждён Военным трибуналом Московского военного округа и приговорён по статье 58.1-Б УК РСФСР к высшей мере наказания — расстрелу. На другой день он подал в Военную коллегию Верховного Суда СССР прошение о помиловании. Прошение было отклонено, и приговор в отношении С. Т. Бычкова был приведён в исполнение 4 ноября 1946 года.