Tháng 5 năm 1937, ông được thăng cấp bậc Thượng úy và được bổ nhiệm làm chỉ huy trưởng một đội hàng không, và cùng năm đó ông trở thành chỉ huy phi đội và được thăng cấp Thiếu tá. Năm 1937, Sergey Chernykh được bầu vào Xô viết Tối cao Liên Xô. Đến đầu năm 1938, ông lại được thăng cấp Đại tá và được điều động về Lữ đoàn Hàng không 83 (Bryansk). Năm 1938, ông được bổ nhiệm làm Phó Tư lệnh Lực lượng Không quân của Tập đoàn quân đặc biệt Cờ đỏ Viễn Đông, sau này là Tập đoàn quân Cờ đỏ 1 và 2. Tại các vị trí này, Chernykh đã tham gia Trận hồ Khasan.