Natychmiast po wstąpieniu do ławry mnich Sergiusz został przedstawicielem Patriarchatu Moskiewskiego ds. restauracji soboru Trójcy Świętej w ławrze Troicko-Siergijewskiej i brał czynny udział w pracach konserwatorskich na terytorium kompleksu monasterskiego. Brał również udział w podobnych pracach na terenie innych zabytkowych obiektów sakralnych w ZSRR, m.in. Monasteru Nowodziewiczego i soboru Objawienia Pańskiego w Moskwie.
W 1951 ukończył Moskiewską Akademię Duchowną z tytułem kandydata nauk teologicznych, w której podjął następnie pracę jako wykładowca archeologii. Wykładał również Pismo Świętego w seminarium duchownym w Moskwie. W 1954 otrzymał tytuł naukowy docenta. Rok wcześniej stanął na czele specjalistycznej grupy zajmującej się archeologią cerkiewną, działającej przy Patriarchacie. W 1954 otrzymał godność archimandryty.