С самого начала своей церковной деятельности Сергей Константинович проявил себя как педагог и ревностный проповедник слова Божия. Будучи псаломщиком, он исполнял обязанности учителя в Николо–Мясницкой двухклассной церковноприходской школе (с января 1896 по сентябрь 1897 года), причем делал это безвозмездно, затем (с сентября 1897 по август 1900 года) занимал должность учителя русского языка в старшем отделении Сергиевской в Рогожской слободе церковноприходской школы. В эти же годы он женился на Людмиле Сергеевне Цветковой, дочери московского священника Сергия Цветкова. Детей супруги Махаевы не имели.

В 1900 году при Московской Иверской общине сестер милосердия Красного Креста, почетными попечителями которой являлись великий князь Сергей Александрович и великая княгиня Елизавета Феодоровна, была построена церковь в честь Иверской иконы Божией Матери. На священническую вакансию в этой церкви 29 июля 1900 года был назначен псаломщик Сергий Махаев. Преосвященный Парфений (Левицкий), епископ Можайский, 15 октября 1900 года рукоположил его во диакона и 17 октября того же года во священника. В этой церкви отец Сергий прослужил девятнадцать лет.

Став священником, отец Сергий получил возможность продолжить педагогическую деятельность уже в качестве законоучителя. С 10 сентября 1901 года с разрешения епархиального начальства он одновременно состоит законоучителем основных классов Петровско–Серпуховского городского начального училища и Торговых классов Московского общества распространения коммерческого образования. Он также становится членомсотрудником Московской комиссии Императорского Православного Палестинского Общества.

С осени 1905 года по просьбе великой княгини Елизаветы Феодоровны отец Сергий начинает учить Закону Божию и будущих сестер Иверской общины. В качестве члена Попечительского совета Иверской общины он являлся ее представителем в Особой комиссии Красного Креста по церковному сбору, в Комиссии по сбору пожертвований при Московском местном управлении Российского общества Красного Креста. Кроме того, он являлся особо уполномоченным по церковному сбору на Красный Крест в Замоскворечье.

С 1908 года отец Сергий состоял законоучителем школы при Доме бесплатных квартир на Якиманке Московскою купеческого общества.

Занимаясь с сестрами общины, отец Сергий старался духовно развивать своих подопечных, готовить их к предстоящему служению помощи страждущим и укреплять тех, кто уже подвизался на этом поприще, уча черпать силы в благодати Божией и прибегать к предстательству святых. Он совершал с сестрами паломнические поездки в Троице–Сергиеву Лавру, вел с ними беседы о духовной жизни, наставлял их на примере отечественных подвижниц благочестия. Примером таких бесед служат изданные им в 1914 году в Москве книги «Беседы пастыря с сестрами милосердия» и «Подвижницы милосердия. Русские сестры милосердия: краткие биографические очерки». В этой последней книге отец Сергий на примере известных и малоизвестных отечественных тружеников на ниве милосердия показывает своим подопечным, каким образом посреди обыкновенных, будничных и малопривлекательных трудов может быть вполне исполнена заповедь Христова о любви к Богу и ближнему.

Отца Сергия отличала особая духовная настроенность, которая проявлялась по отношению к окружавшим его людям и событиям. Примером тому служат некоторые из его слов, опубликованные в дореволюционных церковных периодических изданиях. Когда по окончании военных действий в 1905 году отряд Иверской общины вернулся в Москву с Дальнего Востока, отец Сергий встретил прибывших в храме общины приветственной речью. В этой речи мало обычных для такого случая похвал и поздравлений. Отец Сергий, напоминая известные слова Спасителя, риторически вопросил вернувшихся: «Что смотреть ходили вы в пустыню?» (Мф. 11, 7). Далее он сказал о том, что война также является пустыней — пустыней духа, где попираются и отрицаются высшие стремления людей к единению в любви. Но как в пустыне являлись многие великие подвижники духа, так и в этой пустыне духа просияли многие подвижники, не только среди воинов, но и среди многих тружеников, отправившихся на поля военных действий для дел милосердия и любви. Каков же плод этих дел для самих тружеников?

«Вы видели воочию, как немногие, силу и власть греха, несущего ужасы войны и страданий людских. Что же, созерцание всего этого внушило ли вам сильнейшее отвращение к первопричине этих несчастий — греху? Вид постоянной смерти — последствия того же греха — научил ли вас быть мертвыми плоти и греху и живыми Богови? Вид ужасных страданий согрел ли сердце ваше жалостью и искреннею любовью ко всякому меньшему брату, преисполнил ли вас чувством глубочайшей благодарности к Промыслителю за то, что эти страдания выпали не на вашу долю; внушило ли все это вам сознание, что Всемилостивый»не по беззакониям нашим'' воздает нам? Видя лишения, испытываемые воинами, научились ли вы быть довольными тем малым, что дает вам Господь? Видя терпение и безропотное несение болезней и несчастий искалеченных, изуродованных братий своих, научились ли вы от них христианскому терпению в несении добровольно возложенного на себя Креста Христова? Слыша и видя постоянную готовность и желание других умереть во имя долга, навыкли ли и вы быть готовыми всю жизнь свою отдать на дело любви и не только не получить никакой награды земной или похвалы за дело служения своего, а, наоборот, получить, может быть, оскорбление, гонение, болезнь и самую смерть?

Если таковы результаты вашего путешествия, то дело милосердия приобрело в лице вашем великих, истинных служителей… Приветствуя вас с благополучным возвращением, молю Господа, да поможет Он вам уподобиться шедшим из пустыни Иорданской с проповеди Иоанна, возвращавшимся в духе покаяния и сокрушения о грехах, но, вместе, и в радостном ожидании скорого спасения, с горячим желанием последовать за грядущим Спасителем и быть достойными Его, с чувством глубокой благодарности к Богу. Аминь».

6 мая 1915 года по представлению Православного Палестинского Общества за пятнадцатилетние безвозмездные и ревностные труды на пользу Общества в качестве члена его Московской комиссии отец Сергий был награжден камилавкой. 29 июня 1917 года он был награжден золотым наперсным крестом.

После октябрьского переворота 1917 года отец Сергий продолжал служить в Иверском храме. Поскольку община была лишена средств, на которые обеспечивалось прежде ее существование, и был ликвидирован капитал, на проценты от которого содержался причт, он, подобно многим другим священникам в это время, устроился на государственную службу. Местом его работы стал Юридический отдел Замоскворецкого Совдепа. Именно в качестве служащего Юридического отдела 5 февраля 1919 года поставил он свою подпись на договоре общины верующих с Моссоветом о пользовании Иверским храмом и его имуществом. Встречается его подпись и на подобных договорах других церквей Замоскворечья. О том, что и в этой деятельности он оставался верен Церкви, свидетельствует составленный в январе 1920 года запрос, в котором Отдел юстиции Моссовета требует в срочном порядке объяснить, на каком основании Замоскворецким Совдепом, вместо ликвидации, домовые церкви сохранены и сданы группам верующих.

24 июня 1919 года отец Сергий был назначен настоятелем храма во имя святых апостолов Петра и Павла на Большой Якиманке. В августе 1919 года батюшка хлопотал о передаче в храм, настоятелем которого он стал, богослужебного имущества из закрытого домового храма святого Александра Невского и о разрешении богослужения в этом храме. Не оставлял он и преподавания Закона Божия. Он являлся секретарем Совета приходских общин во имя Святого Духа в Замоскворечье, которым были организованы богословские чтения для взрослых в храме святых апостолов Петра и Павла на Якиманке и для юношества — в храме святителя Николая в Голутвине.

26 марта 1920 года митрополитом Крутицким Евсевием отец Сергий был возведен в сан протоиерея. В феврале 1922 года отцу Сергию «за выдающиеся пастырские труды разрешено Московским епархиальным советом принять и носить золотой с украшениями наперсный крест, поднесенный прихожанами».

В том же 1922 году он был арестован по подозрению в преподавании Закона Божия детям и содержался две недели в Доме предварительного заключения, но был освобожден.