В період з 27 листопада 1997 року по 25 червня 1999 року Сергій Баранчук проходив строкову військову службу у 10-тій бригаді Національної гвардії України.

07 серпня 2003 року Сергій Баранчук був прийнятий на військову службу за контрактом осіб рядового і сержантського складу до Державної прикордонної служби України. Проходив службу в 6 прикордонному загоні, 105 прикордонному загоні, 27 прикордонному загоні, 3 прикордонному загоні Державної прикордонної служби України.

Під час повномасштабного вторгнення російської федерації в Україну старший майстер-сержант Сергій Баранчук мужньо та рішуче здійснював оборону визначених рубежів, забезпечуючи непорушність позицій та стримуючи наступ противника в межах Чернігівської області. Військовослужбовець виконував завдання в умовах постійних артилерійський та мінометних обстрілів, незважаючи на ризик для життя, організовував взаємодію з підрозділами прикордонної застави, контролював вогневі точки та сприяв утриманню стратегічного важливих напрямків в Чернігівській області.

Після завершення активної фази бойових дій, військовослужбовець продовжив виконувати службові обов’язки у складі дванадцятої прикордонної застави (з місцем дислокації н.п. Радуль) четвертої прикордонної комендатури(з місцем дислокації н.п. Любеч), зокрема здійснював охорону ввіреної ділянки відповідальності, заступав на бойові чергування, забезпечував нарощування інженерних споруд.

З 27 жовтня 2025 року старший майстер-сержант Сергій Баранчук виконував бойові (спеціальні) завдання на ділянці відповідальності Східного регіонального управління Державної прикордонної служби України (смуга оборони 4 бригади оперативного призначення «Азов» Національної гвардії України 1 корпусу Національної гвардії України) на Покровському напрямку. 

Старший майстер-сержант Сергій Баранчук мужньо та рішуче виконував бойові завдання на вогневій позиції «Гуцул» в районі населеного пункту Шахове Покровського району Донецької області, суть яких полягала у блокуванні противника по рубежу Веселе, Грузьке з метою недопущення його просування в напрямку автодороги Добропілля, Краматорськ.

В період з 11:00 до 13:00 07 листопада 2025 року противник провів штурмові дії силами до відділення без підтримки техніки вогневої позиції «Гуцул» в районі населеного пункту Шахове Покровського району Донецької області з метою прориву оборони. Старший майстер-сержант Сергій Баранчук своєчасно виявив висування штурмової групи противника та, діючи рішуче та професійно, вступив у стрілецький бій із переважаючими ворожими силами. Завдяки його прицільному вогню та грамотним діям, було зірвано наступ противника та завдано йому втрат, унаслідок чого штурм було відбито, а ворог змушений був відступити на вихідні рубежі. В ході бою, старший майстер-сержант Сергій Баранчук поранив одного військовослужбовця російської федерації.

Після невдалої спроби прориву, не полишаючи намірів захопити позицію, противник, відновивши боєздатність, підтягнувши резерви та здійснивши перегрупування своїх сил, в період з 09:10 по 11:00 08 листопада 2025 року повторно здійснив штурмові дії по займаних позиціях силами до одного відділення без підтримки техніки в районі населеного пункту Шахове Покровського району Донецької області. Старший майстер-сержант Сергій Баранчук, діючи рішуче та проявляючи мужність, стійкість та особисту відвагу, вступив в бій із переважаючими силами противника, виконуючи поставлене бойове завдання з утримання займаних позицій. Не зважаючи на небезпеку для життя, старший майстер-сержант Сергій Баранчук вів прицільний вогонь по противнику, у результаті чого було поранено ворожого військовослужбовця та зірвано подальші активні дії противника.

Під час інтенсивного бойового зіткнення, перебуваючи під щільним ворожим вогнем, старший майстер-сержант Сергій Баранчук продовжував виконувати бойове завдання, прикриваючи дії побратимів і утримуючи позицію в активній обороні.

У процесі виконання бойового завдання старший майстер-сержант Сергій Баранчук отримав важке вогнепальне поранення. Незважаючи на його тяжкий стан, побратимами було негайно розпочато евакуаційні заходи. 

О 13:30 08 листопада 2025 року під час здійснення евакуації до польового хірургічного госпіталю в населеному пункті Краматорськ, військовослужбовець від поранення, несумісного з життям, помер. 

Тіло загиблого військовослужбовця було доставлено до моргу населеного пункту Слов’янськ Донецької області.

Старший майстер-сержант Сергій Баранчук загинув 08 листопада 2025 року в результаті інших уточнених травм з залученням декількох ділянок тіла, вибухової травми, ушкодження внаслідок військових дій, спричинених іншими видами вибухів та уламків.

За особисту мужність і самовіддані дії, виявлені у захисті державного суверенітету та територіальної цілісності України, вірність військовій присязі, старший майстер-сержант Баранчук Сергій Володимирович нагороджений медаллю «Захиснику Вітчизни» (посмертно).