С августа 1943 г. — на фронтах Великой Отечественной войны, командовал пулемётным взводом 198-го гвардейского стрелкового полка 68-й гвардейской стрелковой дивизии 40-й армии Воронежского фронта. Отличился во время битвы за Днепр.
В ночь с 23 на 24 сентября 1943 года взвод Козырева под вражеским огнём переправился через Днепр в районе села Балыко-Щучинка Киевской области и, выбив противника из окопов, закрепились в них. Противник предпринял 16 вражеских контратак в течение последующих суток, но все они были отражены. После гибели командира роты Козырев заменил его собой и успешно руководил действиями подразделения. 12 октября 1943 года Козырев с пятью бойцами был атакован на занимаемой ими высоте. В бою группа уничтожила три танка. Оставшись один, Козырев, тем не менее, продолжал сражаться. 14 октября 1943 года он погиб в бою. Похоронен в Балыко-Щучинке.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 23 октября 1943 года за "успешное форсирование реки Днепр, прочное закрепление и расширение плацдарма на западном берегу реки Днепр и проявленные при этом отвагу и геройство" гвардии младший лейтенант Сергей Козырев посмертно был удостоен высокого звания Героя Советского Союза и был награждён орденом Ленина.
