В мае 1841 года Безобразов был зачислен по кавалерии, с назначением состоять при отдельном Кавказском корпусе. В июле того же года Безобразов был произведен в генерал-майоры, год командовал войсками Левого фланга Кавказской линии; в 1845 году, исполняя обязанности начальника кавалерии Чеченского отряда, участвовал в Даргинской экспедиции.

Заслуги Безобразова оказались настолько бесспорны, что его уже в чине генерал-майора в январе 1847 г. назначили командиром лейб-гвардии Уланского полка, который находился в хорошо знакомой полковнику Варшаве. Отлично проявив себя и здесь, Сергей Дмитриевич 7 октября 1848 года был назначен командиром Кавалергардского полка – того самого, где 28 лет назад безусым корнетом начинал свою службу.

В конце концов генерал помирился с женой и с уважавшим его, несмотря на былые раздоры, царем Николаем. В браке была дочь: Александра Сергеевна (1848—1909), с 1879 года фрейлина двора, по отзыву современницы, была «умной, даровитой и красивой девицей».

В период его командования Кавалергардским полком, состоялись два крупные события в истории полка: пожалование 20 апреля 1849 г. литавр, некогда принадлежавших кавалергардии, сформированной Петром Великим и учреждение 1 июня 1851 г. при полку заведения для призрения сирот из дочерей нижних чинов этого полка. В 1851 г. Безобразов был назначен командиром 1-й бригады гвардейской кирасирской дивизии, в 1852 г. произведён в генерал-лейтенанты, в 1854 году получил в командование 7-ю кавалерийскую дивизию.

Современники считали Безобразова самым талантливым и представительным генералом российской кавалерии. Его авторитет в гвардии как героя Кавказской войны, кавалера множества боевых наград, человека смелого, прямого и принципиального был поистине непререкаем.

В царствование нового императора Александра II (император с февраля 1855 года) Безобразов получил высшие чины генерала от кавалерии и генерал-адъютанта (1860), и в 1861 г. назначен командующим 4-м армейским корпусом.

Произведённый в генералы от кавалерии, Безобразов в 1864 году был зачислен членом в Александровский комитет о раненых. Высшим знаком отличия он имел орден Святого Александра Невского с алмазами.