С первого дня Великой Отечественной войны майор С. С. Левин на фронте. Участник Белостокско-Минского оборонительного сражения, Смоленского сражения. Когда его батальон был расформирован, в конце июля был назначен начальником штаба 230-го учебного пулемётно-миномётного полка в Можайске, с сентября — начальник курсов подготовки и переподготовки начсостава Западного военного округа. С конца ноября 1941 года был старшим помощником начальника отдела боевой подготовки штаба 5-й армии Западного фронта, с 15 декабря — помощником начальника оперативного отдела штаба армии, принимал участие в битве под Москвой.

В апреле 1942 года назначен начальником штаба 43-й отдельной стрелковой бригады (формировалась в Московском военном округе). В апреле на базе бригады сформирована 258-я стрелковая дивизия, в которой Левин также стал начальником штаба. В начале сентября дивизию передали на Воронежский фронт, но уже 12 сентября спешно началась её переброска на Сталинградский фронт. С 18 сентября дивизия передана в 1-ю гвардейскую армию и участвовала в тяжелых оборонительных боях Сталинградской битвы под Котлубанью. В конце сентябре 1942 года был тяжело ранен командир 258-й стрелковой дивизией полковник П. С. Хаустович, и подполковник С. Левин временно командовал дивизией до октября, пока не прибыл новый командир. Затем дивизия вела оборонительные бои в составе 24-й и 65-й армий Донского фронта, а с переходом советских войск в контрнаступление под Сталинградом она наступала в рядах 5-й танковой армии и 5-й ударной армии Сталинградского и Юго-Западного фронтов. Участник Котельниковской операции. В январе 1943 года дивизию передали на Северо-Кавказский фронт и она участвовала в Северо-Кавказской наступательной операции. Однако во время наступления дивизия потеряла связь с соседними частями, подверглась сильному контрудару противника и трое суток оборонялась в полном окружении, понеся значительные потери. За такие неудачные действия командир дивизии полковник И. Я. Фурсин был снят с должности, и 12 января 1943 года исполнение обязанностей командира дивизии возложено на подполковника С. С. Левина (утверждён в должности командира дивизии был позднее, в феврале).

Хорошо проявил себя как командир в Ростовской наступательной операции, когда уже в составе Южного фронта дивизия освободила город Шахты, захватила и в тяжелых боях удержала плацдарм на реке Миус. За отличное выполнение заданий командования и массовый героизм личного состава приказом народного комиссара обороны СССР от 4 мая 1943 года дивизии присвоено гвардейское звание и она стала именоваться 96-й гвардейской стрелковой дивизией. Во главе дивизии участвовал в Донбасской, Мелитопольской, Никопольско-Криворожской наступательных операциях на Южном, 4-м Украинском и 3-м Украинском фронтах. За отличия при освобождении Иловайска дивизия получила почётное наименование «Иловайская». В марте 1944 года направлен на учёбу.

В сентябре 1944 года окончил курсы усовершенствования высшего начальствующего состава при Высшей военной академии имени К. Е. Ворошилова. 8 сентября 1944 года принял командование 62-й стрелковой дивизией, с которой участвовал в Гумбиннен-Гольдапской наступательной операции.

Командир 62-й стрелковой Борисовской Краснознамённой дивизии 44-го стрелкового корпуса 31-й армии 3-го Белорусского фронта полковник С. С. Левин проявил мужество и мастерство командира в ходе Восточно-Прусской наступательной операции. 21 января 1945 года он умело организовал прорыв сильно укреплённой обороны противника севернее польского города Августов. Дивизия под его командованием 23 января 1945 года с ходу взяла город Тройбург (Олецко), 26 января — город Лётцен (Гижицко), 31 января — город Хайльсберг (Лидзбарк-Варминьски). Преследуя отступающего неприятеля, дивизия полковника Левина 25 марта штурмом взяла город Хайлигенбайль (Мамоново) и 26 марта 1945 года вышла к заливу Фришес-Хафф (ныне — Калининградский залив).

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 июня 1945 года полковнику Левину Семёну Самуиловичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 6692). За успешное проведение операции по разгрому врага в Восточной Пруссии дивизия была удостоена орденов Кутузова II степени и Суворова II степени.

В самом конце войны дивизия в составе армии была переброшена на 1-й Украинский фронт, где успела принять участие в Пражской наступательной операции.

Жил и работал в Баку. Умер 21 февраля 1972 года. Похоронен на Аллее почётного захоронения в Баку.