В Афганистан лейтенант Амосов С.А. прибыл в мае 1982 года. Службу проходил в должности заместителя командира мотострелковой роты по политической части. За год службы в Афганистане участвовал в проведении более десяти операций по уничтожению банд мятежников, за что был награжден орденом Красного Знамени.
16 мая 1983 года при проведении операции в районе ущелья Ганджал (провинция Кунар), взвод под командованием лейтенанта Сергея Амосова принял неравный бой с крупным отрядом афганских мятежников численностью до ста человек. В ходе боя нашим солдатам удалось уничтожить около семидесяти душманов, но силы были неравными и подразделение, неся потери, вынуждено было отходить под огнем противника. Будучи раненым, лейтенант Амосов С.А. остался прикрывать отход своих подчиненных и эвакуацию раненых и убитых. Сдерживая нападавших огнем, он смог задержать продвижение душманов и обеспечить выход из боя своих боевых товарищей. Прикрывая отход подразделения, лейтенант Амосов С.А. геройски погиб.