В начале Великой Отечественной войны — зам. директора (1940–1942), директор (1942–1944) Математического института им. В. А. Стеклова АН СССР. Осенью 1941 г. занимался эвакуацией института в г. Казань и организацией работ в институте, связанных с военной тематикой. Участвовал в решении важных прикладных задач, имеющих оборонное значение. В частности, выполнил ряд работ по расчетам точности артиллерийской стрельбы и улучшении баллистических данных снарядов. Эти разработки позволили без изменения конструкции орудий увеличить дальность стрельбы до 10 %.

Награжден орденом Ленина (1945).

«Военное время и последующие 10 лет были очень тяжелыми для нашего отца. Сталин любил работать по ночам, поэтому всем остальным приходилось подстраиваться под его режим. Заседания проходили обычно в 3 часа ночи. Поэтому, когда Сергей Львович приезжал домой и у него появлялась возможность поспать, мы ходили буквально на цыпочках, зная, что ему нельзя мешать. Его сон и работа были святы для нашей семьи.»