25 июня 1944 года в бою за село Шарки (Сенненский район Витебской области) уничтожил вражеский пулемет и 25 фашистов, взял в плен трех солдат и офицера.

8 июля в бою на подступах к городу Лида (Гродненская область) в районе деревни Татарцы из станкового пулемета уничтожил 50 гитлеровцев.

10 июля в бою за переправу на реке Дитва около села Поречаны Лидского района прорвался к железнодорожному мосту, уничтожил саперов противника, пытавшихся взорвать мост, при огневой поддержке его пулемета кавалерийский эскадрон захватил этот мост.

При форсировании реки Неман был тяжело ранен, получил контузию.

С 1945 года находился на хозяйственной работе, с 1950 был бригадиром тракторной бригады.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 24 марта 1945 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте, борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм ефрейтору Болгарину Сергею Ивановичу было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина, Октябрьской Революции, Отечественной войны I степени и медали «Золотая Звезда».

После демобилизации Сергей Болгарин жил в селе Покровка Одесской области. Ушел из жизни Герой 10 февраля 2002 года, похоронен на кладбище села Покровка.

Память о Герое Советского Союза бережно хранится в Белоруссии – в музее Тарновской школы и в Лидском историко-художественном музе. Это личные вещи, фотографии, воспоминания, переписки. Решением исполкома Лидского городского Совета народных депутатов от 10 октября 1985 года Сергею Болгарину было присвоено звание «Почетный гражданин города Лиды». Около деревни Поречаны у железнодорожного моста на правом берегу Дитвы в честь его подвига установлена стела, стилизованная под знамя. В городах Лида и Гродно его именем назвали улицы.

В родном селе Коротное на здании школы, где учился Сергей Болгарин, в честь Героя установлена мемориальная доска.

Приднестровский республиканский банк в честь 95 годовщины со дня рождения Героя в октябре этого года ввёл в обращение памятную монету «С.И. Болгарин – Герой Советского Союза (1925-2002)». Она пополнила серию «Герои Советского Союза в годы Великой Отечественной войны». Монета номиналом 10 рублей изготовлена из серебра 925-й пробы. На реверсе монеты в центре размещён портрет Героя Советского Союза Сергея Болгарина, слева – изображение фрагмента боя и медали «Золотая Звезда».