Nachdem sein Vertrag in Buffalo nicht verlängert worden war, unterschrieb der Verteidiger vor der Saison 1998/99 einen Kontrakt bei den Philadelphia Flyers, wo er jedoch auch nicht für das NHL-Team berücksichtigt wurde, sondern für die Philadelphia Phantoms in der AHL auf dem Eis stand. Die Flyers transferierten ihn noch im Januar in der gleichen Saison zu den Nashville Predators, die ihn ihrerseits einmal mehr zu einem Farmteam, den Milwaukee Admirals, in die International Hockey League schickten.
1999 kehrte Serhij Klymentjew nach Russland zurück, wo er sich Ak Bars Kasan anschloss und die russische Vizemeisterschaft errang. Nach nur einem Jahr verließ er das Team wieder in Richtung Nordamerika und absolvierte sieben Spiele für die Houston Aeros in der IHL, bevor er wieder nach Russland zurückkehrte und einen Vertrag beim HK Metallurg Magnitogorsk unterschrieb.
Nach vier Spielzeiten in Magnitogorsk, die vom Gewinn der russischen Meisterschaft 2004 geprägt waren, kehrte er für zwei Jahre nach Kasan zurück. Dort errang er 2006 einen weiteren Meistertitel. Von 2006 bis 2009 folgten Engagements bei den russischen Teams HK MWD Twer, HK Awangard Omsk, Torpedo Nischni Nowgorod und Salawat Julajew Ufa, bevor er vor der Saison 2009/10 die Kontinentale Hockey-Liga verließ, nach Belarus wechselte. Dort schloss er sich dem HK Sokol Kiew an, mit dem er 2009 und 2010 jeweils Ukrainischer Meister wurde. Im Juni 2010 schloss er sich zunächst dem neu gegründeten KHL-Teilnehmer HK Budiwelnik Kiew an. Nachdem dieser aufgrund von Verzögerungen bei der Stadionrenovierung den Spielbetrieb in der KHL nicht aufnehmen konnte, blieb der Ukrainer bei Sokol Kiew in der weißrussischen Extraliga. Ab 2011 spielte er mit der Mannschaft in der neugebildeten Professionellen Hockey-Liga. 2012 wechselte er innerhalb dieser Liga zum HK Berkut. Als dieser nach dem Gewinn der Hauptrunde der Spielzeit 2012/13 aus finanziellen Gründen seinen Spielbetrieb einstellen musste, beendete Klymentjew seine Karriere.
Klymentjew vertrat sein Heimatland Ukraine erstmals bei der Junioren-C-Weltmeisterschaft 1993 international. Nach erfolgreicher Qualifikation für selbige stieg die Mannschaft am Ende des Turniers in die B-Gruppe auf. Der Verteidiger wurde zum besten des gesamten Turniers gewählt. Es war für die folgenden Jahre der einzige internationale Auftritt, da er in die Vereinigten Staaten wechselte.
Klymentjew, Serhij Wolodymyrowytsch; Климентьєв, Сергій Володимирович (ukrainisch); Климентьев, Сергей Владимирович (russisch); Klymentiev, Serhiy (englisch); Klymentiev, Sergei (englisch); Klymentjew, Sergei Wladimirowitsch
