После окончания войны оставлен в Красной Армии, продолжал службу в 82-м стрелковом полку 28-й стрелковой дивизииСеверо-Кавказского военного округа помощником командира роты и командиром огневой роты. В апреле 1923 года служил в 9-й Донской стрелковой дивизии: командир роты в 25 сп, командир роты, помощник командира и командир батальона в 28 сп, врид начальника штаба 28 сп, начальник команды одногодичников в 25 сп, с апреля 1930 — начальник штаба 26 сп. С сентября 1931 года служил в 64-м стрелковом полку Северо-Кавказского ВО помощником командира полка по хозяйственной части, в марте 1933 года назначен помощником командира этого полка по строевой части. С марта 1935 года служил в Орджоникидзевском пехотном училище преподавателем и старшим преподавателем тактики, помощником командира и командиром батальона курсантов, руководителем тактики. Член ВКП(б) с 1941 года.
Командир 81-й гвардейской стрелковой дивизии25-го гвардейского стрелкового корпуса7-й гвардейской армииСтепного фронта гвардии полковник Сергей Николаев особенно отличился в ходе битвы за Днепр. Преследуя противника, дивизия 24 сентября 1943 года вышла к Днепру, не имея при себе переправочных средств. Командир дивизии организовал массовое изготовление плотов из всех доступных подручных материалов, и их изготовили в таком количестве, что на них за ночь удалось переправить два стрелковых полка с материальной частью. В ночь с 24 на 25 сентября 1943 года дивизия Николаева совершенно неожиданно для противника форсировала Днепр в районе села БородаевкаВерхнеднепровского районаДнепропетровской областиУкраинской ССР и захватила плацдарм на его западном берегу, К исходу 25 сентября глубина плацдарма превысила 5 километров. Подтянув резервы, немецкое командование 26 сентября предприняло несколько сильных контратак при поддержке авиации. Но благодаря умело организованной обороне все немецкие контратаки были отражены, за сутки боя противник потерял до 300 солдат и офицеров убитыми.[3]
В апреле 1946 года полковник С. Г. Николаев был отчислен в распоряжение командующего войсками Тбилисского военного округа, в и июне этого года уволен в запас по болезни[1].
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1988. — Т. 2 /Любов — Ящук/. — 863 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00536-2.
Коллектив авторов. Великая Отечественная: Комдивы. Военный биографический словарь. Командиры стрелковых, горнострелковых дивизий, крымских, полярных, петрозаводских дивизий, дивизий ребольского направления, истребительных дивизий. (Ибянский — Печененко). — М.: Кучково поле, 2015. — Т. 4. — С. 985-987. — 330 экз. — ISBN 978-5-9950-0602-2.
Дьячков Л. Г. Наша гордость и слава. — Воронеж, 1968. — С.138.