командира 26-го запасного стрелкового полка 31-й запасной стрелковой бригады. С августа занимал должность пом. командира по строевой части 589-го стрелкового полка 174-й стрелковой дивизии. В мае 1941 г. назначен зам. командира 140-го стрелкового полка 182-й стрелковой дивизии ПрибОВО, которая в июне вошла в состав 22-го стрелкового корпуса 27-й армии и дислоцировалась в г. Выру. В начале Великой Отечественной войны капитан С. 3. Петров с 23 июня 1941 г. занимал должность начальника штаба в 171-м и 232-м стрелковых полках 182-й стрелковой дивизии на Северо-Западном фронте. До начала июля ее части проводили отмобилизование в пунктах постоянной дислокации, затем были передислоцированы в район г. Порхов. В составе войск 27-й, а с 11 июля – 11-й армий Северо-Западного фронта дивизия вела тяжелые оборонительные бои, опираясь на сооружения Псковско-Островского укрепленного района, затем участвовала во фронтовых контрударах под Сольцами и Старой Руссой. С октября 1941 г. майор С. 3. Петров исполнял должность зам. командира 86-го стрелкового полка 180-й стрелковой дивизии, а с декабря вступил в командование 382-м стрелковым полком 84-й стрелковой дивизии. В сентябре 1942 г. полк под его командованием вместе с дивизией был передислоцирован с Северо-Западного на Донской фронт под Сталинград, где вошел в состав 66-й армии. С сентября по декабрь 1942 г. он вел тяжелые оборонительные бои в районе балки Сухая Мечетка. Имея в ротах по 15-20 бойцов, подразделения полка успешно отражали ожесточенные атаки численно превосходящего противника, поддержанного танками. В ходе контрнаступления советских войск под Сталинградом полк в ночь с 28 по 29 ноября 1942 г. прорвал сильно укрепленный рубеж обороны противника и продвинулся более чем на 14 км. В декабре 1942 г. подполковник С. 3. Петров был назначен зам. командира 84-й стрелковой дивизии, которая входила в состав 24-й армии. В мае 1943 г. она вошла в 53-ю армию и в составе Степного фронта участвовала в Белгородско-Харьковской наступательной операции, в освобождении г. Харьков, за что ей было присвоено почетное наименование «Харьковская ». В последующем, продолжая преследование противника, ее части 22 сентября 1943 г. форсировали р. Днепр и захватили плацдарм на его западном берегу. В январе 1944 г. дивизия в составе 5-й гвардейской армии 2-го Украинского фронта участвовала в Кировоградской и Корсунь-Шевченковской наступательных операциях. В марте – апреле в составе 53-й армии она приняла участие в Уман-ско-Богошанской наступательной операции, в ходе которой вышла на р. Кула в районе южнее Теленешть-Тырг. С мая 1944 по март 1945 г. полковник С. 3. Петров учился в Высшей военной академии им. К. Е. Ворошилова, затем командовал на 2-м Украинском фронте 227-й стрелковой дивизией на завершающем этапе Братиславско-Брновской наступательной операции. 4 мая 1945 г. дивизия сдала свой боевой участок и после месячной боевой подготовки в составе 53-й армии была передислоцирована из Чехословакии в район г. Чойболсан (МНР), где вошла в подчинение Забайкальского фронта. В августе 1945 г. 227-я стрелковая дивизия под его командованием в составе 53-й армии Забайкальского фронта приняла участие в Хингано-Мукденской наступательной операции.
