участвовал в походе Кр. армии в Зап. Белоруссию (1939). С марта 1941 г. переведен начальником штаба 227-й стрелковой дивизии ХВО в г. Славянск Сталинской обл. С началом Великой Отечественной войны 30 июня 1941 г. дивизия убыла на Южный фронт (со 2 июля). С 19 июля она вошла в 26-ю армию Юго-Западного фронта и участвовала в Киевской оборонительной операции. С 24 по 31 июля 1941 г. подполковник С. С. Мартиросян временно командовал дивизией, с возложенными задачами справлялся хорошо. С прибытием вновь назначенного комдива полковника Е. Ф. Макарчука вернулся к исполнению прямых обязанностей начальника штаба. Ее части в составе 26-й армии Юго-Западного фронта вели бои на винницком направлении восточнее Проскурова. В ходе Киевской оборонительной операции дивизия участвовала в контрударах, проводимых армией южнее Киева по соединениям 1-й немецкой танковой группы в районах Тараща, Луки, Богуслав, Яновка, Ковали (южнее Киева). С сентября 1941 г. подполковник С. С. Мартиросян командовал 340-й стрелковой дивизией, формировал ее в ПриВО в г. Балашов. 27 ноября она была направлена на Западный фронт и в составе 50-й, а с 10 декабря – 49-й армий участвовала в Тульской и Калужской наступательных операциях, в освобождении городов Алексин и Калуга. В январе – апреле 1942 г. дивизия вела наступательные бои на вяземском направлении, участвуя в Ржевско-Вяземской наступательной операции, затем была выведена в резерв Ставки ВГК (находилась в 58-й армии, а с 5 июня – 5-й танковой армии). С 16 июня 1942 г. она вместе с 5-й танковой армией была подчинена Брянскому фронту и в составе оперативной группы генерал-лейтенанта Н. Е. Чибисова участвовала в Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции. С 8 августа входила в 38-ю армию Брянского, а со 2 сентября – Воронежского фронтов. С января 1943 г. ее части в составе той же армии принимали участие в Острогожско-Россошанской, Воронежско-Касторненской и Харьковской наступательной операциях, в ходе которых были освобождены города Белгород, Харьков, Тростянец, Ахтырка и Гадяч. С 5 марта дивизия входила в 69-ю армию Воронежского фронта и вела тяжелые бои на рубеже Наумовка, Петровка, Варваровка. Противник танковыми частями сумел обойти дивизию с обоих флангов и окружить ее. Части дивизии в этих условиях вынуждены были прорываться разрозненными группами. 19 марта была установлена связь с командующим 69-й армией и после выхода дивизия была отведена на доукомплектование. После пополнения с 23 апреля она была подчинена 38-й армии Воронежского фронта, затем 8 марта выведена в район Суджи и заняла там оборону. С 27 мая ее части занимали оборонительный рубеж в полосе р. Псёл, Зацарный, Моглица, Криничное (юго-западнее г. Суджа). В начале июля 1943 г. вступил в командование вновь сформированным 50-м стрелковым корпусом и в составе той же 38-й армии Воронежского (с 20 октября – 1-го Украинского) фронта участвовал с ним в освобождении Левобережной Украины (наступлении на киевском направлении) и битве за Днепр, в Киевских наступательной и оборонительной операциях. С 13 ноября корпус входил в 3-ю танковую армию и находился в обороне в районе Фастова. В конце месяца он был подчинен 40-й армии и участвовал
