Следующим важным этапом в творчестве Сергея Егоровича можно считать его работу над реконструкцией и проектированием одной из основных магистралей Москвы — улицы Горького — Ленинградского шоссе. В 1933 г. Чернышев был утвержден руководителем 1-й архитектурно-планировочной мастерской отдела планировки Моссовета. Задачей проектировщиков было спрямление и расширение магистрали до необходимых размеров, обеспечивающих потребности быстро растущего города, выявление и сохранение всех архитектурных памятников, расположенных на участке, создание единого ансамбля магистрали, ее тесная связь с прилегающими кварталами, включение новой системы обширных городских территорий без фабрик, с широкими улицами и большими зелеными массивами.
Составленный план магистрали улица Горького — Ленинградское шоссе обнаружил глубокую культуру зодчего и бережность подхода к задаче, сочетающиеся с необходимой смелостью. Важным моментом было то, что Чернышев в этой работе не отделял чисто планировочных задач от общей композиции архитектурного облика всего ансамбля. Очень внимательно он отнесся к сложившейся части магистрали. Существующие, исторически образовавшиеся три излома улицы Горького в плане реконструкции были сохранены и подчеркнуты. Особое значение придавалось площадям как узловым акцентам магистрали, что и было признано особой заслугой авторского коллектива под руководством Чернышева.
С 1934 г. Чернышев — главный архитектор отдела планировки Моссовета. Все его творческие силы в этот период были отданы работе над созданием плана реконструкции Москвы. Авторский коллектив АПУ под руководством В. Н. Семенова, куда входил и С. Е. Чернышев, считал, что необходима разработка научно обоснованного и функционально оправданного Генерального плана, где были бы учтены все экономические, географические, топографические и исторические факторы развития города. Для предложения этого коллектива авторов характерен реальный подход к сложной задаче, сохранение радиально-кольцевой структуры города, его исторического центра — Кремля, площадей, магистралей и набережных.
Окончательно эти принципы были сформулированы в постановлении о Генеральном плане реконструкции Москвы, принятом в 1935 г. и оказавшем наряду с Афинской хартией [1
Афинская хартия — документ, формулирующий градостроительные основы функционализма. Принята в 1933 г. Международным конгрессом современной архитектуры (CIAM-IV).] огромное влияние на развитие градостроительных идей во всем мире. И работу по его осуществлению возглавил Чернышев, с 1935 г.— главный архитектор Москвы, сумевший внести в нее то новое и прогрессивное, что принесло с собой время, основываясь при этом на глубоком понимании традиций русского градостроительства. Продолжая и развивая эти традиции, Чернышев большую роль в создании пространственной композиции Москвы отводил крупнейшей водной артерии города — Москве-реке. Она трактовалась архитектором как объединяющая архитектурно-ландшафтная ось, на которую нанизывались ансамбли города. Застройка прибрежной части должна была в значительной мере повлиять на формирование облика Москвы. В связи с этим много внимания было уделено оформлению набережных, их предполагали связать с площадями и улицами, раскрывая город к реке. Теоретическое обоснование этих приемов мастер дал в статье «Река и город», опубликованной в 1934 г. в журнале «Архитектура СССР». Планировочные предложения, высказанные в этой работе, до сих пор сохранили свою актуальность и жизненность.Реализованной частью Генерального плана реконструкции Москвы стала Всесоюзная сельскохозяйственная выставка, открытая в 1939 г. Чернышев был назначен главным архитектором по строительству выставки. По грандиозности поставленных задач выставка не уступала таким крупным этапам осуществления Генерального плана, как строительство метрополитена и канала Москва — Волга (ныне канал имени Москвы). Значительным достоинством выставки было то, что ансамбль создавался одновременно как цельный комплекс, где в свойственной для 30-х гг. стилистике решалась актуальная и сегодня проблема синтеза искусств. Была воплощена в жизнь идея создания из разнообразных, обладающих национальным колоритом павильонов единого целого.