К началу войны воздушный стрелок-радист 162 разведывательного авиаполка.

К марту 1942г. совершил 12 боевых вылетов на самолете СБ.

Служил в составе 15 разведывательной авиаэскадрильи.

Совершил 6 боевых вылетов на самолете Пе-2.

17 июня 1942г. в воздушном бою был легко ранен.

С 15 июля 1942г. на Сталинградском фронте. Воздушный стрелок-радист 2 авиаэскадрильи 86 бомбардировочного авиаполка. 

02 сентября экипаж: летчик Сафонов Алексей Никитович, штурман Новиков Леонид Тихонович, стрелок-радист Леонов, в составе девятки Пе-2 бомбил войска противника юго-западнее Сталинграда. В воздушном бою с истребителями Ме-109 (Мессершмитт) самолет экипажа получил повреждения.

Семен Емельянович в составе полка совершил 30 боевых вылетов на бомбардировку войск противника. 02 августа 1942г. сбил истребитель Ме-109 (Мессершмитт).

С 03 сентября 1942г. экипаж Сафонов, Новиков, Леонов в составе 8 отдельного разведывательного авиаполка. Полк вел боевую работу на Сталинградском фронте.

Совершил 9 боевых вылетов.

02 октября 1942г. экипаж Сафонов, Новиков, Леонов вел разведку в районе Калач-на-Дону. Был атакован тремя истребителями. В воздушном бою стрелок Леонов сбил один истребитель, второй- подбил. Когда истребители прекратили атаку, разведчики попали под сильный огонь зенитной артиллерии. Самолет загорелся. Семен Емельянович получил ожоги 2 степени лица, рук и правой ноги, выпрыгнул с парашютом.

14 мая 1943г. сержант Леонов из штаба авиации дальнего действия направлен на пересыльный пункт Московского горвоенкомата. 

18 мая 1943г. с пересыльного пункта Московского горвоенкомата был направлен в отдел кадров ВВС Московского военного округа.

В августе 1943г. в составе 98 отдельного гвардейского разведывательного авиаполка. Командир полка гвардии подполковник Артемьев Борис Павлович.

14 июня 1944г. экипаж самолета А-20-В (Дуглас-Бостон): летчик младший лейтенант Джанжутов Оганес Мкртычевич, штурман гвардии капитан Сафронов Алексей Иванович, воздушные стрелки гвардии старший сержант Леонов Семен Емельянович, гвардии старший сержант Борисов Владимир Васильевич- с аэродрома Скоморохи выполнил разведку войск противника по маршруту Скоморохи- Любомиль- Лукув- Брест- Скоморохи.

28 июня экипаж Джанжутов, Сафронов, Леонов, Борисов выполнил разведку погоды по заданному маршруту.

01 июля экипаж: летчик гвардии младший лейтенант Джанжутов, штурман младший лейтенант Слешинский Евгений Казимирович, воздушные стрелки Леонов и Борисов Владимир Васильевич- вылетел на разведку по маршруту Скоморохи- Сарны- Гайновка- Волковыск- Барановичи- Лахва- Скоморохи. Дважды был обстрелян зенитным огнем. Задание выполнил частично «из-за неграмотной эксплуатации моторов на большой высоте».

К 29 июля 1944г. гвардии старший сержант Леонов был представлен к ордену Красного Знамени. Приказ о награждении от 05 октября 1944г.

Экипаж был передан в состав 861 бомбардировочный авиаполк 244 бомбардировочной авиадивизии.

04 февраля 1945г. в 16-12 группа самолетов полка бомбила войска противника у селения Шаркерестеш. При подходе у цели огнем малокалиберной зенитной артиллерии был подбит самолет А-20-В №31075 экипажа: летчик лейтенант Шуваев Владимир Федорович, штурман лейтенант Зибров Алексей Васильевич, стрелок-радист гвардии старший сержант Леонов Семен Емельянович, стрелок гвардии старший сержант Борисов Владимир Васильевич. Самолет под прикрытием двух истребителей Як-3 со снижением пошел вправо. В районе Шамбек был атакован 6 истребителями ФВ-190 (Фокке-Вульф). В воздушном бою был сбит. Истребители видели, как в 20км. западнее Будапешта из самолета один человек выбросился на парашюте. Выжили летчик Шуваев, который вернулся в полк, штурман Зибров и стрелок Борисов (попал в плен).

Семен Емельянович, вероятно, погиб в воздушном бою.