В июне Сергей назначается командиром эскадрильи «Чаек», до этого он летал на И-16. И уже в первом боевом вылете идет на хитрость. «Чайки» приблизились к группе японских истребителей с неубранными шасси. Японские летчики, приняв новые машины за И-15, уступавшие И-97 в скорости, самоуверенно вступили в бой. Перед атакой шасси «Чаек» были убраны, и японцы заметили это, но было уже поздно. Девятка Грицевца с первого же захода сбила четыре И-97, остальные ретировались.
В каждом боевом вылете группу «Чаек» возглавлял Сергей Грицевец, и каждый раз группа добивалась успеха. В том числе и 25 августа, когда напряженные бои развернулись как на земле, так и в воздухе, 7 воздушных схваток, причем ожесточенных, завязалось в тот день. В одной из них участвовало более 200 советских и японских самолетов. Бой развернулся на высоте шести тысяч метров. По рассказам очевидцев, над долиной реки ревели моторы, гремели пулеметные очереди, падали вниз горящие самолеты. И в этой круговерти выделялась «Чайка» Сергея Грицевца.
В разгар боя летчик заметил, как к хвосту машины его товарища Леонида Орлова пристроился японский истребитель. Увлеченный атакой, Орлов не заметил этого, и тогда Сергей пошел в лоб на японца. Тот не выдержал встречной атаки и взмыл вверх. Грицевец дал короткую прицельную очередь по японскому самолету. Пилот бросил свою машину на этот раз в крутое пике, притворился, что подбит и падает. Но подобная уловка была хорошо знакома Грицевцу еще по боям в Испании. Он тут же нырнул вниз за самураем, догнал его и с близкого расстояния расстрелял. Японский истребитель, не выходя из пике, врезался в песчаный бархан. В тот день японцы не досчитались 48 самолетов, в том числе 7 бомбардировщиков.
В боях в районе реки Халхин-Гол Сергей Грицевец не только сражался результативно, как в Испании (сбил 12 японских самолетов), но и совершил изумительный подвиг – спас своего командира майора Вячеслава Завалуева, подбитого над территорией, занятой противником. 26 июня он приземлился на И-16 в расположении врага и забрал своего командира.
Именно такие советские асы, как Сергей Грицевец, Виктор Рахов, расстроили планы Моримото. За время боевых действий в районе реки Халхин-Гол японская авиация потеряла 646 самолетов (562 истребителя, 46 бомбардировщиков), 32 самолета-разведчика и 6 транспортных самолетов), 91 процент из них уничтожен в воздухе. Потери советской авиации составили 207 машин.
Сергей Грицевец один из первых советских летчиков-истребителей стал дважды Героем Советского Союза. Второй медали «Золотая Звезда» он был удостоен 29 августа. Случись бы так. что ему пришлось принять бы участие в Великой Отечественной войне, его имя несомненно сегодня было бы более известным. Но… выдающийся советский летчик 16 сентября 1939 года погиб в авиационной катастрофе. Произошла нелепая случайность. 16 сентября Грицевец с группой летчиков присутствовал на заседании Военного Совета округа в Минске. Возвращаясь домой, он первым приземлил самолет на свой аэродром под Оршей. Пилот, шедший на посадку вторым, в сумерках не разглядел выложенную букву «Т» и начал садиться с противоположной стороны и на большой скорости врезался в стоявшую машину Сергея.
