Родился 14 сентября 1920 года в селе Старые Турдаки ныне Кочкуровского района Мордовии в семье служащего. Мордвин. Член ВКП(б)/КПСС с 1942 года. Образование неоконченное среднее. Работал заместителем директора базы «Заготзерно» Андижанской области Узбекской ССР.
В Красной Армии с 1940 года.
Окончил Рязанское военное автомобильное училище в 1943 году.
В действующей армии с мая 1943 года. После окончания военного училища Сергея Полежайкина направляют в одно из подразделений 5-й гвардейской танковой армии, которая сражалась на Курской дуге, и назначают командиром мотоциклетного подразделения. Однажды он с группой разведчиков отправился на боевых машинах в тыл противника. Воины действовали осторожно и вместе с тем смело и дерзко. Они разгромили штаб гитлеровских войск, захватили несколько «языков», привезли ценные документы. В другой раз на захваченном у фашистов легковом автомобиле Полежайкин проник в их гарнизон и получил информацию о боевой готовности врага. В середине 1944 года ему присвоили звание гвардии старшего лейтенанта. К этому времени его грудь украшали два ордена Красного Знамени и медаль «За отвагу». Ему доверили командование разведывательной ротой. Вскоре за смелые действия при форсировании реки Березина южнее Борисова он был удостоен четвёртой награды – ордена Отечественной войны 1-й степени.
Октябрь 1944 года выдался дождливым. Но ни болота, ни раскисшие дороги не могли остановить наступление. А впереди наступающих войск всегда были разведчики-мотоциклисты. Одну из таких групп возглавил Сергей Полежайкин. 10 октября он получил приказ: в глубине обороны противника перерезать дорогу Кретинга – Клайпеда, нарушить связь, дезорганизовать тылы. Разведчики блестяще справились с боевым заданием. Но вскоре фашисты поняли, что произошло, и бросили против горстки смельчаков крупные силы, в том числе танки. Наступил тот момент, когда особенно важен пример командира. И Сергей Полежайкин понял это. Где ползком, где перебежками он приблизился к головной машине фашистов и уничтожил её гранатой. Пример командира вдохновил разведчиков. Тут же запылал ещё один танк. Остальные развернулись и отошли. К вечеру подошли наши части. В этом бою разведчики выстояли, выполнили свой долг. Но их командир не мог разделить радость победы – он пал на поле боя смертью героя. Родина высоко оценила подвиг своего сына. Ему посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза.За мужество и героизм Указом Президиума Верховного Совета СССР от 24 марта 1945 года гвардии старшему лейтенанту Полежайкину Сергею Ивановичу посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.Награждён орденом Ленина, двумя орденами Красного Знамени, орденом Отечественной войны 1-й степени, медалью.В литовском городе Кретинга имя Героя носит улица. Он навечно зачислен в списки Рязанского высшего военного автомобильного инженерного училища. В селе Кочкурово Кочкуровского района Мордовии установлен памятник Герою.
 | 
