Во время Великой Отечественной войны был хирургом полевого госпиталя, лечил и оперировал больных, участвовал в боевых операциях. С. В. Беляев начал войну командиром операционно-перевязочного взвода, парторгом 215-го медсанбата 166-й Сибирской стрелковой дивизии.
26 августа 1941 г. в дивизионной газете была напечатана заметка «Самоотверженность медицинских работников». В ней говорилось о Беляеве: «Коммунист, парторг, военврач третьего ранга, т. Беляев работает по личной инициативе почти круглыми сутками, спасая жизни участников Отечественной войны. Через его руки прошло немало сложных операций тяжелораненых бойцов. Жизнь красных воинов была спасена...».
За время войны у Степана Васильевича было много пациентов, но первые ему запомнились навсегда: герой-летчик, майор Войцеховский с перебитыми ногами, который героически вступил в бой с семью немецкими самолетами, два из них сбил, а самому, раненному, пришлось выпрыгнуть из горящей машины с парашютом. Беляев безгранично любил Родину. Он прививал эти благородные чувства всем медицинским работникам санитарного батальона. Большевистское слово агитатора вдохновляло бойцов на самоотверженное служение Родине. В члены партии он вступил в 1940 г. почти сорокалетним, убежденным коммунистом оставался до самого конца. Выполняя партийный долг, он старался вести всех за собой.
В один из тяжелых боев вступила дивизия, после чего раненый Степан Васильевич вместе с десятками других раненых попал в плен. В лагере военнопленных он делал все, что было в его силах для сохранения жизни окружающих. Был назначен старшим врачом санчасти. Степан Васильевич старался сделать все возможное и невозможное, чтобы снизить смертность: он целые дни и ночи напролет работал в операционной лагеря, организовал тифозный барак, санобработку вновь поступивших военнопленных, чтобы не подвергать риску заражения остальных. И чтобы хоть как-то восполнить силы больных, предложил идею кипятить воду и витаминизировать ее хвоей. Заработала котельная, банно-прачечный комбинат.Как все это удалось Степану Васильевичу в условиях концентрационного лагеря, как удалось решить эти вопросы с администрацией лагеря? Но, смертность в лагере снизилась.
Все пленные хотели выбраться из лагеря. У Степана Васильевича была такая возможность, он мог спокойно под прикрытием поездки за новыми медикаментами сбежать и оставить всех больных. Он не мог поступить с людьми, которые ему доверяли и надеялись на него. Наступил тот день, когда Беляеву удалось освободиться, партизаны организовали побег медработников. Беляев становится разведчиком чекистского отряда. Чекистский спецотряд «Боевой» был сформирован из студентов - спортсменов. Беляев и его товарищ, с которым он познакомился в лагере военнопленных, были разведчиками. Они информировали командование отряда об интенсивности движения поездов и характере грузов. В июне 1942 г. разрешили уйти в партизанский отряд. В партизанском отряде С. В. Беляев спасал жизни, проводя операции в сложнейших условиях.
После перехода линии фронта он стал ведущим хирургом полевого подвижного госпиталя № 5213 второй танковой армии. Война для С. В. Беляева закончилась тяжелой контузией в октябре 1943 г. Пройдя за годы войны медсанбат, плен, партизанский отряд, он везде в первую очередь оставался врачом.
Таким событием стала для Степана Васильевича война. Она жили в памяти, в переписке с друзьями, боевыми товарищами. Она требовала действий, чтобы восстановить справедливость, добрые имена тех, кто не сломился в лагерях смерти, на оккупированной территории боролся с врагом. Все оставшиеся после войны годы жил Беляев этой памятью, этой заботой.
В деле С. В. Беляева хранится отзыв командира отряда лейтенанта госбезопасности Горячева, написанный 24 августа 1942 г., сразу после перехода через линию фронта: «Бывший военнопленный военврач 2 ранга Беляев С. В. , находясь в плену у немцев и находясь в лагере военнопленных 1-я Боровуха, работал в должности врача, будучи врачом сумел выпустить из лагеря большое количество пленных, которые сумел выпустить из лагеря большое количество пленных, которые затем были зачислены в партизанские отряды. Военврач Беляев поддерживал связь с моим отрядом с мая 1942 г., выполнял ряд моих заданий разведывательного характера, лично сам организовал партизанскую группу, которую я включил в состав своего отряда. В отряде находился с июня месяца, за время пребывания проявил себя исключительно с положительной стороны. В боевых операциях вел себя хорошо».