Перші 7 років ув'язнення відбував у Ярославському політізоляторі, потім його переведено до Володимирської тюрми. Загинув 10 березня 1939 року (за три місяці до закінчення терміну покарання) у Володимирській в'язниці ГУДБ у російському м. Володимир. Пленум Верховного суду УРСР 11 серпня 1989 року реабілітував Сергія Єфремова разом з усіма, засудженими у справі СВУ, оскільки в його діях не виявлено складу злочину.