21 февраля 1923 года епископ Сергий утверждается церковным Священноначалием на Мелитопольской кафедре.

В 1923 году владыка Сергий призывает оказать помощь голодающим. Власти же видели в нем только своего идейного врага. Очень много было на него доносов, но все обвинения оказались несостоятельными. Любовь народа к своему иерарху, его популярность в то время еще могла приостановить руку палачей.

В 1924 году, оставаясь епископом Мелитопольский, владыка Сергий возглавляет Самарскую епархию, так как архиепископ Самарский Анатолий (Грисюк) был арестован.

В 1926 году владыку арестовывают, осуждают на 2 года по статье 58, 10 и высылают. После окончания ссылки епископ Сергий возвращается к церковному служению и через некоторое время возводится в сан архиепископа.

В 1935 г. владыку снова арестовывают и осуждают по статье 58, 10 УК на 5 лет исправительно-трудовых лагерей.

Невзирая на абсурдность обвинения, владыка с подлинным христианским смирением, с непрекращающейся сердечной молитвой принимал все безропотно, как бы из рук Самого Христа. 21 января 1935 года объявлен приговор, и ревностный исповедник веры Православной был отправлен в Карагандинские лагеря НКВД. В лагере владыка Сергий вместе с другими священниками и мирянами тайно собирались для молитвы. Молились истово, смиряясь со всеми ужасами лагерной жизни, перенося все безропотно, с кротостью и любовью, видя во всем Промысел Божий. Лагерному начальству это не понравилось. Архиепископу Сергию вместе с другими священниками было предъявлено обвинение по ст. 58, 10, 11 УК РСФСР, заключавшееся в следующем: пребывание в контрреволюционной организации; на протяжении всего времени пребывания в лагере проведение активной контрреволюционной антисоветской деятельности, которая заключалась в нелегальных молитвенных собраниях, совершении панихид по убиенным священнослужителям, наличии связи с заграницей, непризнании Советской власти.

13 ноября 1937 года постановлением тройки НКВД по Карагандинской области КССР был вынесен приговор о расстреле, а на следующий день, 14 ноября владыку Сергия расстреляли, и тело великого Святителя было опущено в братскую могилу.