Начал печататься в 1934 г. как журналист. В 1939 и 1940 гг. вышли книги его очерков, посвященные жизни и труду железнодорожников. Известность получил основанными на документальном материале очерковыми книгами о войне: «В боях за Будапешт» (1947), «Сталинград на Днепре» (1952), «На полях Венгрии» (1954). Первым рассказал о подвиге защитников Брестской крепости, поставив под сомнение официальную точку зрения о виновности военнопленных: «Брестская крепость» (1957; расширенное издание – 1964, Ленинская премия 1965), «В поисках героев Брестской крепости» (1957; вел в 1956 одноименный цикл радиопередач). Среди других произведений: сборник «Рассказы о неизвестных героях» (1963); повесть «Семья» (1967); пьесы «Крепость над Бугом» (1956), «Люди, которых я видел» (1958); книги путевых очерков «В Италии» (1961), «Поездка на Кубу» (1962), «Месяц в Перу» (1971). Теме Великой Отечественной войны посвящены и киносценарии: «Его звали Федор» (1963), «Они шли на восток» (1965), «Катюша» (1964), «Великая Отечественная» (1965), «Город под липами» (1968), «Семья Сосниных» (1968).

Сергея Смирнова можно назвать писателем одной темы: в литературе, в кино, на телевидении и радио он рассказывал о людях, героически погибших в Великой Отечественной войне, а после войны – забытых.