Такая идиллия не могла продолжаться вечно. Началом крушения промышленной империи стал очередной бизнес-проект С. И. Мальцова. В конце 1860-х гг. правительство обратилось к русским заводчикам, призвав их освоить выпуск отечественных паровозов и вагонов для того, чтобы оградить бурно растущий железнодорожный сегмент рынка от западноевропейских производителей. Генерал взялся за это новое и сложное дело, не останавливаясь перед затратами, притом что от производства паровозов отказались его ближайшие конкуренты — Макферсон, Полетика и Путилов.
По контракту, все 150 паровозов и 3 тыс. вагонов, на общую сумму более 7 млн рублей, нужно было изготовить из отечественных материалов. Для этого были построены новые или модернизированы старые мастерские, выписаны машины, приглашены опытные зарубежные конструкторы и мастера. В новое дело предприниматель вложил около 2 млн рублей, рассчитывая на обещанные ему правительством долгосрочные заказы, которые только и могли покрыть все основные затраты. Но эти расчеты не оправдались. Новый министр путей сообщения граф В. А. Бобринский решил, что нет никакой нужды заказывать паровозы в России и, что называется, «спустил контракт на тормозах». В результате фабрикант понес огромные убытки.
Чтобы спасти свои предприятия, Мальцов пошел на крайнюю меру, учредив в 1875 г. промышленно-торговое товарищество на паях со складочным капиталом в 6 млн рублей. Акционерное общество включало в себя около 30 заводов (чугуно- и сталелитейных, стекольных, фаянсовых, механических), ряд вспомогательных производств (лесопильное, кирпичное, полотняное, бумажное и др.), более 200 тыс. десятин земли с постройками, а также недвижимость в крупных городах страны. Основными вкладчиками были сам Сергей Иванович, как учредитель, и его ближайшие родственники.
Фабрикант метался в поисках выхода, но судьба будто преследовала его. Он продал свои имения в Таврической губернии, но беды на этом не кончились. Более того, они приобрели фатальный характер. В 1883 г. вследствие экономического кризиса резко сократился сбыт товаров в южную часть России, бывшую главным потребителем мальцовских сельхозмашин. Огромное количество готовой продукции осталось невостребованным на складах заводов. Появление конкурентов требовало перестройки ведения хозяйства, но генерал, при всем своем новаторстве, был привержен старым полупатриархальным формам хозяйствования и не мог или не хотел перестраиваться. После отмены крепостного права он, чтобы удержать рабочих, выдал им бесплатно земельные наделы, сделав полукрестьянами, что шло вразрез с развитием наемного труда и принесло колоссальные убытки. Все это влекло к пропасти мальцовскую промышленную империю.
Кроме того, финансово-промышленные неудачи усугублялись и личными обстоятельствами. Жена Сергея Ивановича, придворная фрейлина, и дети, считая, что он непозволительно много тратит денег на развитие производства и личные прихоти, стали распускать слухи, будто Мальцов выжил из ума, пытаясь тем самым отстранить его от дел. Родственникам удалось добиться своего: в 1885 г. в Дятькове было учреждено казенное управление мальцовских заводов. Генерал, хорошо знавший нравы высшего света, отказался от борьбы. И хотя друзья не сомневались в здравости его рассудка, сочувствовали и пытались помочь, сделать ничего не смогли.
Казенное управление не только не выправило, но еще более усугубило положение. Многие предприятия пришли в полный упадок, а доходными остались лишь стекольные заводы. Так драматически закончилась, не встретив поддержки со стороны государства, одна из самых впечатляющих по размаху попыток создания крупного машиностроительного центра на основе личной собственности и частной инициативы. С. И. Мальцов навсегда отошел от предпринимательской деятельности. Последние годы своей жизни он провел в крымском имении, в своем «хрустальном» дворце, где и умер в 1893 г. Современники высоко оценивали результаты усилий этого патриота и пионера отечественной индустрии, во многом опередившего свое время, с уходом которого фактически завершилась «дятьковская» линия рода Мальцевых.