7 лет моряк провел на Дальнем Востоке. В июне 1939 года капитана 2?го ранга Горшкова назначили командиром бригады эскадренных миноносцев Черноморского флота. В 1937 году он окончил спецкурсы командного состава ВМФ, в 1941 году — курсы усовершенствования высшего начальствующего состава при Военно?морской академии. Летом 1941 года капитан 1?го ранга более года командовал бригадой крейсеров Черноморского флота. Бригада участвовала в маневрах, отрабатывая совместные действия с сухопутными войсками по отражению десантов с моря.
Вскоре после возвращения на базу началась война. Корабли отражали воздушный налет на Севастополь, ставили мины. Моряков, которых готовили к борьбе с воздушными и морскими целями, пришлось учить стрельбе по целям береговым. Горшков не раз выходил на обстрелы неприятельских войск под Одессой, сделал вывод о необходимости корректировки огня и обязательном присутствии в сухопутных войсках представителя флота со средствами связи.
14 сентября С.Г. Горшкова назначили командиром десантного отряда кораблей при высадке у Григорьевки под Одессой. Так как эсминец «Фрунзе», на котором командир десанта Л.А. Владимирский следовал в Одессу для установления взаимодействия с отрядом высадочных средств, был потоплен немецкой авиацией, Горшкову приказали принять командование. Капитан 1?го ранга решил проводить высадку на корабельных средствах. Моряки доставили на берег первую волну десанта, а подошедший позднее отряд высадочных средств принял оставшиеся войска. Неприятель был отброшен от Одессы с потерями.
Горшков, произведенный в контр?адмиралы, с 13 октября 1941 года в течение года командовал Азовской флотилией, которая обеспечивала коммуникации и взаимодействовала с сухопутными войсками. Контр?адмирал основными путями выполнения задач определил: действия кораблей и авиации против неприятеля на северном побережье, создание единой с Южным фронтом противодесантной обороны восточного берега, нападения на вражеские коммуникации и конвоирование наиболее ценных транспортов. Штаб флотилии установил взаимодействие с сухопутными войсками и готовил планы боевой деятельности. Были развернуты систематическая разведка, береговая и корабельная дозорная служба, налажена регулярная боевая подготовка кораблей и частей. Все эти меры способствовали превращению соединения в эффективно действующую боевую силу.
В Керченско?Феодосийской десантной операции Азовская флотилия и Керченская военно?морская база 25–30 декабря на маломореходных судах перебросили на Керченский полуостров до 20 тысяч войск 51?й армии и снабжали их. Зимой десятки штурмовых отрядов флотилии по льду атаковывали неприятельские укрепления у Таганрога и восточнее Мариуполя, истребляли дозоры и быстро уходили. От моряков, возвращавшихся с задания, командующий или офицеры штаба узнавали детали похода, набирались опыта. Действовали против неприятеля авиация и артиллерия флотилии. Контр?адмирал, изучавший армейские уставы и наставления, свободно оперировал их понятиями, что помогало взаимодействию с войсками.
Весной 1942 года Азовская флотилия обеспечивала безопасность коммуникаций на море, содействовала войскам Крымского фронта на северном берегу Керченского полуострова и войскам Южного фронта на участках Таганрог, Мариуполь. После того как войска Крымского фронта отступили, моряки эвакуировали их на Таманский полуостров. Флотилия атаками связала вооруженные суда противника, сосредоточенные в Мариуполе. Когда после взятия Севастополя немецкие войска развернули наступление к Северному Кавказу, в боях под Азовом, Ейском и Темрюком, на Кубани и Таманском полуострове в августе 1942 года Азовская флотилия задержала наступающего противника на месяц и нанесла ему значительные потери. Флотилия лишилась большинства кораблей, однако часть их прорвалась через Керченский пролив. Удалось спасти многие скопившиеся в портах Азовского моря суда.
9 августа С.Г. Горшкову поручили командование силами флотилии, Керченской и Новороссийской военно?морских баз, предназначенных для обороны Таманского полуострова. Германские войска смогли занять Таманский полуостров лишь после того, как Азовское море оставил последний корабль флотилии, а войска отошли для обороны Новороссийска. 2 сентября, когда возникла непосредственная опасность прорыва неприятеля, контр?адмирала назначили руководителем обороны города. В ночь на 10 сентября с ним прервалась связь войск, отошедших из города; посланный отряд разведчиков нашел флагмана в подвале разрушенного дома и вывез на восточный берег.
14 октября 1942 года приказом командующего Черноморским флотом Азовская флотилия была расформирована, ибо все берега Азовского моря оказались в руках немецких войск. Вторично Горшков принял Азовскую флотилию 20 февраля 1943 года, когда советские войска отбросили гитлеровцев с Кавказа. Флагман стоял во главе флотилии до 5 января 1944 года, затем — с 6 февраля по 20 апреля 1944 года. Весной 1943 года он командовал рядом десантных операций и набегов на временно занятое немцами побережье для содействия наступающим сухопутным войскам Южного и Северо?Кавказского фронтов. Наиболее крупными операциями флотилии были десанты в Мариуполь и Осипенко. Особенностью этого периода были непосредственные подготовка и проведение операций штабом флотилии, из штабных офицеров назначали командиров высадки и офицеров их штабов. За освобождение Таганрога, Мариуполя и Осипенко контр?адмирала С.Г. Горшкова наградили орденом Кутузова 1?й степени.
19 сентября Ставка Верховного Главнокомандования подчинила Азовскую флотилию Северо?Кавказскому фронту. Оставив отряд из Мариупольской военно?морской базы в Осипенко, чтобы прикрыть фланг Южного фронта, основные силы Горшков направил для операций у Таманского полуострова. Был высажен десант у Темрюка. К 9 октября войска Северо?Кавказского фронта при поддержке сил флотилии очистили от противника весь полуостров. За успешные действия Азовская флотилия получила благодарность Верховного Главнокомандования.
12 октября Ставка Верховного Главнокомандования предписала Северо?Кавказскому фронту провести высадку на Керченском полуострове и создать плацдарм в Крыму. Было решено, что 56?я армия на судах Азовской флотилии займет северо?восточную часть полуострова и город Керчь. Горшков договорился с командующим армией о высадке после артиллерийской и авиационной подготовки двух десантов за ночь на одних и тех же плавсредствах. В каждом десанте была дивизия с подразделениями морской пехоты, которая первой ступала на берег. После занятия плацдарма следовало перебрасывать остальные силы армии. Штабы армии и флотилии совместно спланировали операцию и провели подготовку. Были проверены границы минных заграждений противника и протралены проходы, оборудованы пристани для погрузки войск, обеспечены разведка, связь, навигационная обстановка и т. д. Войска познакомили с порядком высадки и подготовили морально.
В ночь на 1 ноября корабли Черноморского флота, несмотря на шторм, высадили часть десанта у Эльтигена. Однако неприятель блокировал десант. Суда Азовской флотилии 1 ноября из?за плохой погоды укрылись в ближайших портах, что помогло командующему сохранить силы. Высадку произвели в ночь на 3 ноября. Когда основные суда вошли в Керченский пролив, по сигналу командира высадки началась авиационная и артиллерийская подготовка. При поддержке кораблей флотилии десант благополучно достиг берега и после полуночи перешел в наступление. Тем временем освободившиеся суда перебрасывали на плацдарм подкрепления и возвращались к косе Чушка с ранеными. 3 ноября к 13 часам все войска были на берегу. Флотилия приступила к снабжению высаженных войск. Суда под ударами противника ходили днем и ночью через Керченский пролив, на ходу заделывая пробоины. 165 суток авиация, морские и наземные силы флотилии вели борьбу с неприятелем, пытавшимся прервать перевозки, и поддерживали действия войск на плацдарме.
В декабре—январе флотилией временно командовал контр?адмирал Г.Н. Холостяков. С начала февраля 1944 года в командование флотилией вновь вступил С.Г. Горшков. В этот период над Керченским проливом шли бои с германской авиацией, пытавшейся прервать перевозки для Отдельной Приморской армии. В апреле, когда армия перешла в наступление, флотилия непрерывно доставляла на плацдарм все необходимое. Кроме того, моряки обеспечивали траление на Азовском море. 11 апреля 1944 года войска Отдельной Приморской армии освободили Керчь, через три дня прорвали Ак?Монайские позиции и полностью очистили от неприятеля берега Азовского моря. Среди отличившихся при взятии Керчи были упомянуты моряки Азовской флотилии под командованием С.Г. Горшкова.
С 20 апреля по 12 декабря 1944 года С.Г. Горшков командовал Дунайской флотилией, которая поддерживала советские войска в наступлении по Восточной Европе. Флотоводец в полной мере научился выполнять сложные задачи, руководя соединением, в которое входили самые разные суда, умело планировал операции, координировал действия судов с авиацией и сухопутными войсками. В организационный период флотилия тралила мины и проводила подготовку кораблей, сбор информации и изучение обстановки. В июле—августе моряки готовились к наступлению. В ночь на 22 августа флотилия скрытно, без артподготовки, форсировала Днестровский лиман. Высаженный десант вскоре овладел Аккерманом.