В годы Великой Отечественной войны, в период оккупации комсомолец Сергей Тюленин руководил одной из подпольных комсомольских групп в Краснодоне. С 30 сентября 1942 года он член штаба подпольной комсомольской организации «Молодая гвардия». Принимал активное участие в распространении листовок, разработке плана вооружённого восстания, сборе оружия, боеприпасов, взрывчатки. В ночь на 6 декабря 1942 года участвовал в поджоге биржи труда, избавив от угона в Германию 2 тысячи молодых краснодонцев. Когда начались аресты молодогвардейцев, перешёл 13 января 1943 года линию фронта, стал разведчиком советской воинской части. При выполнении задания был ранен, попал в плен, но сумел бежать. Вернулся в Краснодон, где 27 января 1943 года был арестован гитлеровцами и после жестоких пыток 31 января 1943 года расстрелян.
Похоронен в братской могиле героев-молодогвардейцев на центральной площади города Краснодона.
Звание Героя Советского Союза Тюленину Сергею Гавриловичу присвоено посмертно Указом Президиума Верховного Совета СССР от 13 сентября 1943 года. Награждён орденом Ленина, медалью.