Putina, został wiceprzewodniczącym specjalnej rosyjskiej komisji rządowej do zbadania przyczyn katastrofy polskiego Tu-154M w Smoleńsku (wraz z pierwszym wicepremierem Rosji Siergiejem Iwanowem i Tatjaną Anodiną, przewodniczącą Międzypaństwowego Komitetu Lotniczego).
Minister obrony Federacji Rosyjskiej 6 listopada 2012 decyzją Prezydenta Federacji Rosyjskiej Władimira Putina, S. Szojgu został mianowany ministrem obrony Federacji Rosyjskiej. Zastąpił na tym stanowisku odwołanego Anatolija Sierdiukowa w związku ze sprawą nadużyć w holdingu Oboronserwis podległego Ministerstwu Obrony FR.
26 lutego 2014 oświadczył, że Federacja Rosyjska planuje podpisać umowy z Wietnamem, Kubą, Wenezuelą, Nikaraguą, Seszelami, Singapurem oraz kilkoma innymi państwami, które umożliwiłyby stworzenie tam stałych rosyjskich baz wojskowych.
Dowodzone przez niego wojska dokonały w lutym 2022 inwazji na Ukrainę, oskarżane są one o dokonanie zbrodni wojennych.
12 maja 2024 przestał być ministrem obrony. Zastąpił go na tej funkcji Andriej Biełousow.