Кстати, в том же 37-м фильм «Цирк» был отправлен на Всемирную выставку в Париж, где имел большой успех. Но Столярова туда тоже не пустили. Зато туда отправили знаменитую скульптуру Веры Мухиной «Рабочий и колхозница», в создании которой Столяров принимал непосредственное участие: фигура Рабочего лепилась именно с него.
После «Цирка» Столяров разорвал всяческие отношения с Григорием Александровым. Они хоть и разговаривали при встречах, но Александров знал, что актёр его не уважает. Столяров вообще был человеком вспыльчивым, мог сказать в глаза резкость любому начальству. Что он сказал после «Цирка» Александрову, он никогда не вспоминал даже в разговорах с близкими. Но сказано было что-то очень неприятное, что навсегда сделало невозможными дружеские отношения между ними.
Лишившись возможности сниматься на «Мосфильме», Столяров стал одним из самых востребованных артистов на «Союздетфильме». В те годы на волне патриотизма, которая стала нарастать в стране примерно с 1936 года, в советском кинематографе стали появляться фильмы, должные этот патриотизм всячески пропагандировать. В итоге на свет стали появляться экранизации русских народных сказок, где былинные герои расправлялись с полчищами врагов и завоёвывали сердца первых красавиц. И лучшего актёра в советском кино, чем Сергей Столяров — статный красавец с типичными чертами русского былинного богатыря, и невозможно было себе представить. И вот уже в конце 30-х на экраны страны один за другим выходят фильмы-сказки великого сказочника Александра Роу с участием Столярова: «Руслан и Людмила» (1939; роль Руслана) и «Василиса Прекрасная» (1940; роль Иванушки). А в 1944 году тот же Роу пригласил Столярова на роль Никиты Кожемяки в картине «Кащей Бессмертный». Однако в те же годы Столяров играл и роли своих современников — таких же смелых и бесстрашных русских людей, как и его сказочные герои, — в фильмах «Моряки» (1939) и «Гибель „Орла“» (1940).
В то время популярность Столярова в народе была огромной. Пройти по улице даже несколько шагов спокойно он не мог — тут же его обступала толпа. Когда он спускался в метро, девушки-контролёры метрополитена делали вид, что рвут билет, протягиваемый Столяровым, а сами оставляли его на память как сувенир.
Когда началась война, Столяров не мог остаться в стороне и записался на фронт добровольцем. Однако, как и многих его коллег, Столярова вскоре отозвали, мотивируя это решение производственной необходимостью. Вместе с «Мосфильмом» актёр и его семья осенью 1941 года оказались в Алма-Ате. По дороге туда произошёл печальный случай: у Столяровых украли продуктовые карточки. По тем временам это означало голодную смерть. И тогда Столяров вспомнил о своём хобби — охоте, взял на киностудии винтовку и ушёл в горы. Его не было сутки, но, когда он вернулся, за его плечами болтался огромный горный козёл. Его мяса Столяровым хватило надолго — часть его они съели, часть продали на рынке. Именно на это мясо Столяров выменял у Константина Симонова его новую пьесу «Русские люди», которую актёр затем поставил на сцене местного театра. Все сборы от этого спектакля Столяров отправил в Фонд обороны Родины на танк, который так и назвали — «Русские люди». В благодарность за этот поступок актёра ему в Алма-Ату прислал телеграмму сам Сталин, который весьма ценил и уважал Столярова за его подвижническую деятельность в деле патриотического воспитания советских людей.
Тем временем, в 1944 году, жена Столярова отправилась в Белоруссию играть в Русском драматическом театре, а Столяров приступил к съёмкам в фильме «Кащей Бессмертный». Во время натурных съёмок этого фильма в Барнауле игравший Никиту Кожемяку Столяров едва по-настоящему не убил Кащея в исполнении Георгия Милляра. В сцене битвы Столяров так рубанул своего коллегу деревянным мечом по голове, что того увезли в больницу с сотрясением мозга. К счастью, всё обошлось, и фильм досняли с теми же исполнителями.
В 1946 году Столяров попробовал свои силы в комедии, снявшись в роли денщика в фильме «Старинный водевиль», который снимался на студии «Баррандов» в Чехословакии. Высокое киноначальство понимало желание Столярова выйти из привычного образа «былинного героя» и сыграть что-то иное, однако одобрить его не могло. После войны тема патриотизма продолжала оставаться актуальной в обществе, поэтому Столярову не оставалось ничего иного, как вернуться к прежним своим героям — сильным и смелым людям, не боящимся в одиночку противостоять коварному врагу. Одним из таких фильмов стала картина «Далеко от Москвы» (1951) по одноимённому роману В. Ажаева (кстати, очень популярному у читателей), рассказывающая о том, как в годы войны советские люди самоотверженно прокладывали нефтепровод около Красноярска. Столяров играл в фильме роль Рогова, за которую был удостоен (вместе с другими создателями фильма) Сталинской премии. Тогда же ему присвоили и звание заслуженного артиста РСФСР.