От Виндавского вокзала (Рижского) шел трамвай до Новодевичьего монастыря через всю Москву. У Сухаревки остановка. Можно было прицепиться к вагону и ехать до Ленинской библиотеки, пока стояли холода (там тепло и вода), до Новодевичьего монастыря, что на Москва-реке, — когда пришли весна и лето. Можно было погулять и покупаться. Вода к себе тянет. Потом лето стали проводить на даче, снимали избу в Манилове, что поближе к Кунцеву, на Москва-реке. Тут, под кустом у реки, где мы купались чуть-ли не весь день, Сергей готовился к поступлению в Высшее техническое училище им. Баумана. Покупается — поучится. И так все лето. Подготовился и был принят.

Младшая сестра поступила в Институт востоковедения, а я во Вхутемас. На этом закончу».

В институте С.А. Лебедев сразу приобщился к научному творчеству. Специализировался в области техники высоких напряжений. Лекции читали такие выдающиеся ученые, как создатель Всесоюзного электротехнического института им. Ленина (ВЭИ) К.А. Круг, Л.И. Сиротинский и А.А. Глазунов. В дипломном проекте, выполненном под руководством Круга, Лебедев разрабатывал новую в то время проблему — устойчивость параллельной работы электростанций. Содержание проекта вышло далеко за рамки студенческой работы. Это был серьезный труд, имевший большое научное и практическое значение.

Получив в апреле 1928 г. диплом инженера-электрика, С.А. Лебедев стал преподавателем МВТУ им. Баумана и одновременно младшим научным сотрудником ВЭИ. Вскоре он возглавил группу, а затем и лабораторию электрических сетей.

В 1933 г. совместно с А.С. Ждановым опубликовал монографию «Устойчивость параллельной работы электрических систем», дополненную и переизданную в 1934 г. Еще через год ВАК присвоил молодому ученому звание профессора. В 1939 г. С.А. Лебедев защитил докторскую диссертацию, не будучи кандидатом наук. В ее основу была положена разработанная им теория искусственной устойчивости энергосистем.