С первых дней Великой Отечественной войны Сергей Федорович Долгушин на фронте. К февралю 1942 г. лейтенант С. Ф. Долгушин совершил 185 боевых вылетов, провел 29 воздушных боев, лично сбил 7 и в составе группы 4 самолета противника. Звание Героя Советского Союза присвоено 5 мая 1942 г. За годы войны совершил 580 боевых вылетов, лично сбил 28 и в группе 7 самолетов противника.

После окончания Высших офицерских летно-тактических курсов и Военной академии Генерального штаба проходил службу на должностях командира авиационного полка, командира авиационной дивизии, первого заместителем командующего ВА. 1 мая 1952 г. участвовал в качестве командира авиационной дивизии фронтовых бомбардировщиков Ил-28 в воздушном параде над Красной площадью. С 1971 по 1977 г. — начальник кафедры тактики и оперативного искусства ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского. Активно передавал свой боевой опыт молодым преподавателям и слушателям.

Награжден 2 орденами Ленина, 4 орденами Красного Знамени, орденом Александра Невского, 2 орденами Отечественной войны 1 степени, 2 орденами Красной Звезды, орденом «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» 3 степени, медалями.