24 мая 1941 г. призван в ряды Красной Армии.

С июня 1941 г. – военный фельдшер 863-го стрелкового полка 196-й стрелковой дивизии.

В январе 1942 г. окончил Военно-медицинское училище.

С 15 мая 1942 г. по апрель 1943 г. – фельдшер 4391-го полевого подвижного госпиталя 38-й армии. Участник боев под Сталинградом (г. Волгоград, Российская Федерация), г. Курском, РСФСР.

4 апреля 1943 г. получил тяжелое ранение.

Демобилизован в августе 1943 г.

В 1950 г. окончил Минский медицинский институт (УО «Белорусский государственный медицинский университет», г. Минск, Республика Беларусь).

С 1950 г. по 1985 г. – главный врач, врач-ординатор Дашковской сельской участковой больницы (УЗ «Дашковская участковая больница», аг. Дашковка, Могилевский район, Могилевская область, Республика Беларусь).

Капитан медицинской службы.

• Орден Красной Звезды (06.11.1947).
• Орден Отечественной войны I степени (06.11.1985).
• Медаль «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.».
• Медаль «За трудовую доблесть».
• Знак «Отличник здравоохранения».

Заслуженный врач БССР (1966).

Орден Красной Звезды, № 223/43 от 06.11.1947 г.

---

• Аб прысваенні ганаровага звання Заслужанага ўрача Беларускай ССР [Дзмітрыеву Сяргею Усцінавічу – галоўнаму ўрасц Дашскаўскай участковай бальніцы Магілёўскага раёна] : Указ Прэзідыума Вярхоўнага Савета БССР ад 17 чэрвеня 1966 г. // Магілёўская праўда. – 1966. – 21 чэрвеня. – С. 1.
• Дмитриев Сергей Устинович // Книга Памяти медикам Могилевщины – участникам Великой Отечественной войны 1941–1945 гг. и других войн / Могилевское областное управление здравоохранения ; Могилевское областное научное общество врачей ; [авторы-составители: А. М. Меженный и др.]. – Могилев, 2007. – С. 75.
• Дмитриев Сергей Устинович // Медицинские работники Беларуси, удостоенные почетных званий и наград, 1919–2004 : библиографический указатель / под общей редакцией Т. Г. Светлович, В. Н. Сороко ; Министерство здравоохранения Республики Беларусь ; Республиканский музей истории медицины Беларуси ; Республиканская научная медицинская библиотека. – Минск, 2004. – С. 67.
• Дмитриев Сергей Устинович // Медицинские работники Белорусской ССР, удостоенные почетных званий : библиографические материалы / под редакцией Е. Ф. Гореловой. – Минск, 1978. – С. 63.
• Дмитриев Сергей Устинович [Электронный ресурс] // Музейный комплекс «Дорога памяти» : проект. – Москва, 2020–2023. – Режим доступа: https://1418museum.ru/heroes/45393294/?SEARCH=Y.
• Дмитриев Сергей Устинович [Электронный ресурс] // Память народа 1941–1945 : государственная информационная система / Управление Министерства обороны Российской Федерации. – Москва, 2015–2023. – Режим доступа: https://pamyat-naroda.ru/heroes/person-hero123354417.
• Дмитриев Сергей Устинович [Электронный ресурс] // Подвиг народа в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг. : обобщенный банк данных / Департамент развития информационных технологий Министерства обороны России. – Москва, 2010–2023. – Режим доступа: http://podvignaroda.ru/?#id=1266859710&tab=navDetailManCard.
• Сведения о Сергее Дмитриеве из учетно-послужной картотеки [Электронный ресурс] // POISK.RE : электронный банк документов периода Великой Отечественной войны / Центральный архив Министерства обороны Российской Федерации. – Москва, 2018–2023. – Режим доступа: https://poisk.re/person/officers/7861546.