Został przy okazji najlepszym debiutantem, zostawiając w pokonanym polu kierowców DAMS – Brytyjczyka Alexa Lynna i Francuza Pierre Gasly.
W sezonie 2016 podpisał kontrakt z mistrzowską stajnią ART Grand Prix, zastępując w niej ubiegłorocznego czempiona, Belga Stoffela Vandoorne'a. Rosjanin nie zdołał jednak godnie zastąpić podopiecznego McLarena. Pierwsze dwa weekendy były dla niego bardzo nieudane, gdyż tylko w jednym z wyścigów dojechał do mety i to dopiero na jedenastym miejscu. Po starcie z pole position na torze w Monte Carlo, rozbił bolid prowadząc wyścig. Przełom nastąpił na innym ulicznym torze w Baku, gdzie zajął drugą i trzecią lokatę. Na kolejne podium czekał do rundy na węgierskim torze Hungaroring. W pierwszym wyścigu był trzeci, natomiast w drugim odniósł drugie zwycięstwo w sezonie. Siergiej popisał się świetnym startem w sobotnim starcie na torze niemieckim torze Hockenheimring, dzięki czemu sięgnął po trzecią wygraną. Dzięki temu zdołał wyjść na prowadzenie w mistrzostwach. Szanse na tytuł mistrzowski utracił jednak po słabych weekendach na torze Spa-Francorchamps i Monza. W sobotniej rywalizacji na torze Sepang z Włochem Antonio Giovinazzim. Jedyna szansa pozostała w obronieniu trzeciego miejsca w klasyfikacji generalnej sprzed roku.