Надвигалась война. Отдел переключился на оборонную тематику. Мы с Сергеем Алексеевичем начали работу — впервые непосредственно совместную — над созданием боевых средств, самонаводящихся на излучающую или отражающую излучение цель. В сентябре 1941 г. Сергей Алексеевич эвакуировался с ВЭИ в Свердловск. Корпуса ВЭИ были заминированы. Меня включили в состав команды подрывников, которая должна была взорвать ВЭИ, если немцы „подойдут к воротам Москвы“. Прошли надлежащий инструктаж, но, к счастью, этого не понадобилось. В декабре я уже „воссоединился“ с Сергеем Алексеевичем в Свердловске. Мне пришлось больше заниматься созданием головки самонаведения (тогда и были впервые разработаны и потом запатентованы так называемые экстрафокальные головки), Сергею Алексеевичу — аэродинамикой и динамикой летательного аппарата (им была разработана четырехкрылая система с автономным управлением по независимым координатам). Но приходилось отвлекаться на более земные работы — ездили мы с Сергеем Алексеевичем и на лесозаготовки. Скудно питаясь брюквой и хлебом, валили за 11-часовой рабочий день 100–110 могучих деревьев с помощью двуручной пилы… В 1944 г. ВЭИ вернулся в Москву, и начались продувки моделей нашего летательного аппарата в Жуковском, под Москвой. Результаты обсуждали с академиком Христиановичем, Дородницыным. Вместе — уже в 1945–1946 гг. — проводили натурные испытания на Черном море. И хотя мы оба в равной степени числились главными конструкторами „управляемого оружия“, доклад на комиссии Совета Министров СССР Сергей Алексеевич поручил мне. Сам он только отвечал на вопросы „по своей части“. Кто-то из членов комиссии прикрепил к своей груди „замарбличенную“, внешне совершенно темную лампочку, и, как бы он ни приседал, отпрыгивал в сторону, тупорылая акула со взаимно перпендикулярными плавниками все время самонаводилась на его грудь — это впечатляло… Маршал авиации Жаворонков дал высокую оценку нашей работе и рассказал, чего стоит авиации обычными бомбами поразить не только боевой огрызающийся корабль, но даже скромную баржу. И когда в октябре 1946 г. на натурных испытаниях в Евпатории, где я был вместе с Сергеем Алексеевичем, было получено прямое попадание в баржу, мы молча обнялись… Это был один из первых шагов по созданию сверхточного оружия, только недавно разработаного в Америке.
Дружба наша продолжалась и после завершения совместных работ. Я чувствовал себя родным в его семье. Сергей Алексеевич никогда не скрывал своих симпатий и антипатий. Помню, когда уже наметился переезд в Киев, я стал подшучивать, что ему придется стать „Лебеденке“, а он со всей серьезностью отвечал: „Да буду ли Лебедевым, Лебеденко или Лейбедевым — я останусь таким же. Разве дело в этом?“.
Таким он был — талантливым ученым и скромным человеком, терпеливым воспитателем и строгим руководителем, рассудительным и смелым в действиях, терпимым к ошибкам, но ненавидящим подлость и измену».
Д.В. Свечарник отметил лишь часть работ, выполненных Сергеем Алексеевичем в ВЭИ. Однако, находясь в Свердловске, он в удивительно короткие сроки разработал быстро принятую на вооружение систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Никто не знает, скольким танкистам в годы войны она спасла жизнь, позволяя наводить и стрелять из орудия без остановки машины, что делало танк менее уязвимым. За эту работу С.А. Лебедев был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.».
Почти каждая работа ученого в области энергетики требовала создания вычислительных средств для выполнения расчетов в процессе ее проведения либо для включения их в состав разрабатываемых устройств. Так, для расчета тысячекилометровой сверхмощной (9600 МВт) линии электропередачи Куйбышевский гидроузел — Москва пришлось создать высокоавтоматизированную установку из мощных индуктивностей и емкостей, реализующую математическую модель линии. Это грандиозное сооружение было установлено в одном из зданий на площади Ногина в Москве. Второй экземпляр модели был собран в Свердловске. Использование модели, а по существу — специализированного вычислительного устройства, позволило быстро и качественно провести необходимые расчеты и составить проектное: задание на уникальную линию электропередачи.
Для системы стабилизации танковой пушки и автоматического устройства самонаведения на цель авиационной торпеды потребовалось разработать аналоговые вычислительные элементы, выполняющие основные арифметические операции, а также действия дифференцирования и интегрирования. Развивая это направление, в 1945 г. Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.