3 июля 1941 года Сергей Голицын был мобилизован в военно-строительный отряд. С 1943 — красноармеец 74-го военно-строительного отряда 27-го управления Особого строительства при 48-й армии. Участвовал в Курской битве, Белорусской и Восточно-Прусской наступательных операциях. В качестве топографа в составе строительных частей он прошёл боевой путь до Берлина и был демобилизован только в 1946 году в звании рядового. Был награждён орденами Отечественной войны 2-й степени, Красной Звезды, медалями «За боевые заслуги», «За оборону Москвы» и др.