И уже в мае 1988 г. Васильковский вернулся в Россию и остаток академического пенсионерства провел на Харьковщине. Картины о родной природе зазвучали ярким, радостным, сочным колоритом, наполненным богатством тонких оттенков («Запорожец на разведке», «Степь на Украине», «Казачий пикет», «На Харьковщине»). Эти работы привлекли к себе внимание петербургской прессы, критики называли их шедеврами. П.М. Третьяков одним из первых оценил творчество художника и приобрел три его картины, в том числе и украинский пейзаж «Остатки векового леса» (1898 г.). Но несмотря на все столичные чествования, Сергей Михайлович остался жить в Харькове и полностью посвятил себя живописи.
«Вольный казак», как в шутку называл себя Васильковский, так и не обзавелся семьей. Друзья подшучивали над ним: «Где уж Сергею найти время справить свадьбу? Даже семейное счастье прорисовал». В последнее десятилетие XIX века Сергей Михайлович создал лучшие свои картины, правдиво и глубоко отображающие родную природу: «Казачью леваду», «На пастбище», «Днепровские плавни», «Лунную ночь», «Украинскую ночь», «Зиму», «Весенний мотив», «Степь осенью». И почти во всех его полотнах присутствует небо – бездонно глубокое, прозрачное и нежное весеннее, впечатляющее богатством красок закатное и ночное, покрытое облаками, то легкими и воздушными, то тяжелыми предгрозовыми, – в изображении которого он достиг небывалых высот. Друзья называли Сергея Михайловича, среди работ которого было более сотни этюдов неба, «небесным», «солнечным» художником.
В своих пейзажах Васильковский изображал не только природу родной Украины, но и с любовью писал Москву, Петербург, Кавказ, Кубань, Крым. Помимо того, он был мастером бытовой, жанровой и исторической живописи. Под влиянием друга, известного ученого, историка, археолога, этнографа Д. Яворницкого, художник создал большую серию картин на исторические и этнографические темы. Это, прежде всего, «Запорожец на посту», «В запорожской степи», «Стычка запорожцев с татарами», «Казак и девушка», «Поход казаков», «В дозоре», «Стража запорожской вольницы». Колоритные, мощные фигуры запорожцев естественно вписываются в пейзажи родной земли, которую они защищали от врага. Правда, Репин упрекал Васильковского в том, что изображения казаков статичны.
Интерес Васильковского к украинской истории не ограничился только живописью. Вместе с Самокишем он собрал материалы о народном искусстве и истории Украины и издал их двумя альбомами – «Украинский орнамент» и «Из украинской старины». В последнем художник представил свои работы – портреты Б. Хмельницкого, И. Гонты, П. Сагайдачного, Г. Сковороды, а также рядовых казаков, мещан, кобзарей.
Самыми масштабными работами Сергея Михайловича стали монументальные картины для зала заседаний Полтавского земства: «Казак Голота», «Выборы полковника Мартина Пушкаря» и «Чумацкий Ромодановский шлях». Исполненные в 1902-1908 гг. с участием М. Самокиша, М. Беркоса и М. Уварова, они стали новым явлением в украинском изобразительном искусстве того времени: панно размером 1,5x2 м заменили настенную роспись. Эти картины, помимо художественной ценности, несут в себе огромное познавательное начало, достоверно изображая исторические события и их участников, и с огромной патриотической силой воплощают образы легендарных народных героев. И все это было создано в то время, когда все малороссийское предавалось жесточайшим гонениям.
Творческую деятельность Васильковский совмещал с общественной: объединил лучших художников-харьковчан в Художественно-архитектурном кружке, пытался, но из-за отсутствия средств не смог, открыть художественную школу, организовывал бесплатные выставки, пополнял харьковские музеи работами И. Шишкина, Г. Мясоедова, В. Верещагина, материально помогал способным студентам получить высшее образование. Даже резко пошатнувшееся здоровье не лишило его хорошего настроения и желания работать. П. Левченко беспокоился: «У Сергея астма, ему все хуже и хуже, а он, знай одно, рисует. И все время дышит красками». 7 октября 1917 г. Васильковский скончался. Всю свою громадную коллекцию картин он завещал в наследство родной Слобожанщине, чтобы основать с ее помощью Музей Слобожанщины.