В ході третього етапу (1927—1930 рр.) уже як дійсний член Всеукраїнського археологічного комітету Сергій Гамченко ґрунтовно досліджує Південно-Східну Волинь (сучасна Хмельниччина). Він здійснює у 1927 році розкопки трипільських і ранньослов'янських пам'яток в околицях Шепетівки, Славути, Ізяслава, Полонного. У проведенні цих експедицій брав участь краєзнавець та археолог В. Кочубей.