24 февраля 1944 года во время боёв за освобождение Красной Армией Витебской области немецкие войска атаковали и окружили миномётный дивизион, в котором служил Богомолов. 38 советских солдат отбивали атаки немцев в течение 14 часов.
Фельдшер и комсорг Богомолов возглавил группу из 11 человек. Ему удалось поднять моральный дух бойцов — они отбили все атаки врага. Сам Богомолов выносил раненых с поля боя и лично уничтожил восемь вражеских солдат.
За мужество и героизм младшему лейтенанту медицинской службы Сергею Богомолову было присвоено звание Героя Советского Союза.
Подробную информацию о боевом пути Героя можете найти на сайте Память народа