Служил в составе 57 бомбардировочного авиаполка, базировавшегося на аэродроме Чернышовка в Приморье. Полк имел на вооружении самолеты СБ.

С 06 июля 1941г. полк начал перелет на аэродром Сасово (Рязанская обл.). В конце июля в Сасово полк был переформирован в два полка. 1-я и 2-я авиаэскадрильи составили 57 «А» скоростной бомбардировочный авиаполк (командир полка майор Суржин Иван Семенович, помощник командира полка- старший лейтенант Кожевников Василий Дмитриевич).

С 08 августа 1941г. полк приступил к боевой работе.

22 августа полк вошел в составе 10 смешанной авиадивизии. На вооружении имел 15 самолетов СБ.

29 сентября 1941г. полк был переименован в 450 скоростной бомбардировочный авиаполк. В составе полка осталось 5 исправных самолета и 4- требующих ремонта.

15 октября 1941г. личный состав полка направлен в г.Чкалов на доукомплектование и переучивание на самолет Пе-2. 

В составе полка старший авиамеханик Жирнов подготовил самолеты СБ к 44 боевым вылетам.

В мае 1942г. полк расформирован, командование и летный состав были переданы в состав формировавшегося 4 дальнего разведывательного авиационного полка (командир полка майор Берман Семен Давидович, военком- батальонный комиссар Артемьев Борис Павлович).

На вооружении полк имел самолеты Пе-2, Пе-3, с лета 1942г.-  американские самолеты «Аэрокобра».

Сергей Иванович назначен авиационным техником звена 2-ой авиаэскадрилья полка (командир эскадрильи старший лейтенант Колодяжный Сергей Амвросиевич). 

На базе эскадрильи была сформирована оперативная группа полка, которая действовала с оперативного аэродрома Добринка (Тамбовская обл.) в интересах Юго-Западного и Степного фронтов. В 1942г. группой руководил старший лейтенант Гаврилов Дмитрий Дмитриевич.

Экипаж самолета Пе-2: летчик Озерков Ефим Павлович, штурман Ковальчук Николай Евстафьевич, стрелок-радист Лукьянчук Трофим Якимович. Самолет к вылетам готовили: техник авиационный Жирнов Сергей Иванович, механик авиационный Исаев Василий Петрович, моторист авиационный Седов Николай Яковлевич.

Сергей Иванович был награжден медалью «За оборону Сталинграда».

В январе 1943г. командование полком принял подполковник Артемьев.

17 июня 1943г. полк был преобразован в 98 отдельный гвардейский разведывательный авиаполк. 

05 октября 1944г. командиром полка был назначен гвардии подполковник Звонцов Федор Федорович.

К концу октября 1944г. техник звена гвардии старший техник-лейтенант Жирнов подготовил самолеты Пе-2 и Пе-3бис к 65 боевым вылетам на дальнюю разведку. Под его руководством технический состав звена подготовил самолеты Пе-3 к 35 боевым вылетам, восстановили 4 самолета, поврежденных огнем противника.

Приказом от 30 декабря 1944г. Сергей Иванович был награжден медалью «За боевые заслуги».

Награжден медалями «За взятие Берлина», «За освобождение Праги», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».

Гвардии старший техник-лейтенант Жирнов был уволен в запас 08 июля 1946г.

В честь 40-летия Победы награжден орденом Отечественной войны II степени.