С первых дней Великой Отечественной войны младший лейтенант С.Г. Литаврин участвовал в боях на Ленинградском фронте, защищая небо Ленинграда. 27 июня 1941 года он открыл свой боевой счёт, сбил бомбардировщик «Юнкерс-88».

С июня 1941 по декабрь 1942 гг. Сергей Гаврилович Литаврин совершил 311 боевых вылетов, участвовал в 55 воздушных боях, лично сбил 10 самолётов противника, вылетал бомбить вражеские войска, проводил воздушную разведку.

Примечателен один интересный факт. С.Г. Литаврин является первым советским лётчиком, вступившим в бой с новейшим на тот момент немецким истребителем «Фокке-Вульф FW-190». 12 января 1943 года Сергей Гаврилович во время боевого вылета обнаружил в небе неизвестный самолёт. Он заметил на крыльях машины опознавательные знаки «Люфтваффе», военно-воздушных сил Вермахта. Немецкий истребитель открыл огонь. С.Г. Литаврин уклонился и ответным огнём сбил вражеский самолёт. Фрагменты «Фокке-Вульфа FW-190» были переданы для исследования советским учёным.

28 января 1943 года командиру эскадрильи 158-го истребительного авиационного полка, капитану Сергею Гавриловичу Литаврину было присвоено высшее военное звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».