Правда, жизнь его с самого начала была далеко не легкой. Сергей Семенович родился 21 августа 1904 года в маленьком городке Скопине, что неподалеку от Тулы. В детском возрасте остался без родителей. Старшие брат и сестра воспитывали Сергея, кормили и одевали его, пока он не закончил церковноприходское училище. Дальше помогать брату они не могли - у самих не хватало средств. Пришлось пробиваться поденной работой.
Октябрьская революция не смогла сразу изменить положение юноши. Но жизнь его все же приобрела глубокий смысл. В пятнадцать лет Сергей поступил в бригаду лесозаготовителей. Трудился на тяжелой работе наравне со взрослыми. Через год вступил в комсомол, возглавил комсомольскую ячейку в сельхозкоммуне. В 1922 году добровольно поступил на пехотно-пулеметные курсы, а еще через год в числе лучших курсантов был переведен на учебу в Объединенную военную школу имени В ЦИК - одно из самых популярных военно-учебных заведений того времени.
Окончив школу, служил в Новороссийске командиром взвода. Затем командовал ротой и батальоном в прославленной Московской Пролетарской дивизии. По складу характера уже тогда обращал на себя внимание тем, что многочисленными похвалами и поощрениями не обольщался. Больше внимания обращал на свои недостатки, которые никогда не скрывал, радовался успехам подчиненных, поддерживал бойцов в трудной воинской службе, но панибратства не допускал, слыл строгим и справедливым воспитателем.
В 1937 году окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе и, как один из лучших выпускников, получил назначению на должность начальника штаба дивизии, затем начальника оперативного отдела штаба Харьковского военного округа. С 1939 года командовал 132-й стрелковой дивизией.
Теперь, в госпитале, внимательно слушая сообщения о том, что наступление немецко-фашистских армий захлебнулось, а советские войска под Москвой вырвали у врага стратегическую инициативу, Бирюзов с удовлетворением отмечал, что ставшая ему родной дивизия внесла посильный вклад в развитие событий. Всеми мыслями и чувствами он был на фронте. Самой заветной мечтой было вернуться в родную дивизию. Что ж, жизнь бывает щедра и на самое заветное: по выздоровлении Сергей Семенович получил назначение на прежнюю должность. Рад был безмерно.
После короткого свидания с семьей Бирюзов вновь вступил в командование 132-й стрелковой дивизией. Здесь он узнал, что за мужество и отвагу, проявленные в боях за Родину, награжден орденом Ленина. Ветераны дивизии, находившейся в составе все той же 13-й армии Брянского фронта, тепло встретили своего командира. Многие из них также побывали в госпиталях, наиболее отличившиеся выдвинулись на новые командные должности. Бирюзов поставил перед ними задачу учить молодое пополнение воевать с учетом полученного опыта, совершенствовать тактику боя. Он не уставал повторять: "Всемерно избегать неоправданных потерь". И сам всегда стремился к этому.
Исключительно дисциплинированный командир, он однажды в ситуации, грозившей бессмысленной гибелью многих бойцов и командиров, счел возможным прекратить бой, начатый в соответствии с решением штаба армии.
Случилось это ранней весной. Хутор Красный, который приказано было взять, стоял на открытой местности. Противник превратил его в укрепленный пункт: все подходы простреливались артиллерией и пулеметами. Атака хутора по рыхлому глубокому снегу неминуемо означала бы крупные потери и не гарантировала успеха. Своими сомнениями Бирюзов поделился с командармом генералом Н. П. Пуховым. Командующий был непреклонен: взять хутор - приказ штаба фронта. Тщательно готовил Бирюзов штурм Красного. Ночью один из полков дивизии и лыжная бригада выдвинулись на рубеж атаки и с рассветом начали штурм. С КП Бирюзов видел, как, утопая по грудь в снегу, под огнем врага двинулись в атаку подразделения. Снег окрасился кровью, появились убитые и раненые, а до хутора еще было далеко, потери росли. И комдив отменил атаку, поняв бессмысленность ее продолжения. Доложил в штаб армии. "Для вас, видимо, будут большие неприятности, - сказал начальник штаба, вы самовольно отменили приказ..."