24 травня 2018 року в Одесі було скоєно третій напад на Стерненка та його дівчину Наталю Усатенко. Один із двох нападників, Іван Кузнєцов, мешканець міста Чорноморська, був поранений ножем у серце і живіт, від чого й помер. Інший, Олександр Ісайкул, зміг утекти, але протягом доби був затриманий поліцією, проте його навіть не допитали. Згодом нападника поліція відпустила, він у справі вже проходить як свідок, а незабаром Ісайкул втік з України.
Сергій Стерненко під час нападу на нього дістав ножове поранення руки й струс мозку. Стерненко знаходився на амбулаторному лікуванні у Одеській лікарні № 1, куди він був шпиталізований після нападу на нього. Проте зранку 26 травня, на наступний день після нападу, йому без попередження припинили надавати медичну допомогу, пославшись на виписку з лікарні, яка була зроблена о 10:30 25 травня. Тобто виписали таємно, ще й заднім числом.
Замовників нападу на Стерненка не встановлено. За версією самого Стерненка, замах на нього могли організувати Олександр Подобєдов («тітушковод» середньої ланки) та Віталій Посувайло.
Згодом з’явився свідок у справі нападу на Сергія Стерненка, який розповів про замовника, мотиви нападників та ціну, яку пропонували заплатити виконавцеві замаху. Так 20 травня 2018 року Кузнєцов зустрівся зі свідком та розповів, що Подобєдов отримав від Труханова замовлення «поламати нациста Стерненка», який йому заважає. Кузнєцов шукав для цієї справи собі помічника та пропонував заплатити за це 1 000 доларів.
Журналісти «Слідства. Інфо» знайшли докази, карту зі шляхами пересування нападників у вечір замаху, де в одному з документів вказано, що незадовго до нападу четверо осіб: нападники Ісайкул та Кузнєцов, а також інші дві особи: Подобєдов і Посувайло, зустрілися неподалік місця замаху, у парку обласної ради. Туди Кузнєцова привіз саме Подобєдов. Тобто слідство має інформацію про пересування цих чотирьох осіб у вечір нападу на Стерненка, проте жодному з них досі не оголосили про підозру, а Подобєдов з Посувайло не є навіть свідками у справі.
У жовтні 2019 року Генеральна Прокуратура України забрала справу Сергія Стерненка у поліції та передала її до Головного слідчого управління СБУ, у зв’язку з можливою причетністю одеських поліцейських до організації нападу на активіста.
Після призначення генпрокурором Ірини Венедіктової, за словами її колишнього заступника Віктора Трепака, «виявила величезну зацікавленість до цієї справи (третій напад на Сергія Стерненка) та при першій же розмові про неї сказала мені, що потрібно негайно повідомити Стерненку про підозру у вчиненні ним злочину». За кілька днів Венедіктова підтвердила, що «по Стерненку підозра буде в будь-якому разі». Андрій Радіонов, старший групи прокурорів у справі Стерненка, відмовився підписувати підозру Сергію через відсутність доказів, після чого взагалі вийшов зі справи. Радіонов тоді ж звернувся до Ради прокурорів через публічну обіцянку генерального прокурора «повідомити Стерненку про підозру у будь-якому разі».
25 березня 2020 року відбулася зустріч керівництва прокуратури та Міністерства внутрішніх справ, у якій взяли участь новопризначений генпрокурор Ірина Венедіктова та її заступники, а також голова МВС Арсен Аваков та вище керівництво Національної поліції. Під час зустрічі сторони «погодили проведення необхідних слідчих та процесуальних дій у низці резонансних кримінальних проваджень», до найбільш резонансних злочинів у Офісі генпрокурора віднесли справу не про напад на Стерненка, а справу про «вбивство Івана Кузнєцова». Хоча досудове слідство у справі Стерненка здійснює СБУ, а не поліція, це не завадило Авакову обговорювати слідчі та процесуальні дії з генпрокурором.
13 травня 2020 року колишній генпрокурор України Рябошапка заявив, що до нього зверталися неназвані ним люди, щоб він вплинув на справу Стерненка.
Про справу Стерненка Рябошапка також сказав, що вона має інший підтекст, зокрема, влада намагається помститися Сергієві, щоб той отримав жорстке покарання.
У травні 2020 року Венедіктова заявила, що вона «постановила про відвід від виконання повноважень керівника органу прокуратури та Генерального прокурора в цьому провадженні» (справі Стерненка), проте правники не знають про таку процедуру, оскільки можна відвести від справи конкретного прокурора, який бере в ній участь, а не генпрокурора загалом.
На Стерненка триває масована атака як з боку Офісу генпрокурора та МВС, так і проросійських політичних сил. 16 квітня 2020 року в інтерв’ю «Новинарні» Стерненко сказав, що за атаками може стояти й МВС України. Це Стерненко аргументував тим, що Аваков на зустрічах в березні говорив про те, що Сергій має сісти до в’язниці.
11 червня Стерненку повідомили про підозру у вчиненні злочину за ст. 115 ч. 1 (умисне протиправне заподіяння смерті іншій людині) та ст. 263 ч.2 Кримінального кодексу України (носіння холодної зброї без передбаченого законом дозволу). За даними самого Сергія, результати декількох експертиз підтвердили, що ніж, який він використовував для самозахисту і яким було завдано смертельного поранення одному з нападників, не є холодною зброєю.
11 червня Українська Гельсінська спілка з прав людини опублікувала відкриту заяву, у якій назвала переслідування Стерненка політично вмотивованим .
12 червня року у Шевченківському районному суді Києва почалось судове засідання з обрання запобіжного заходу Стерненку. Слідчим суддею у розгляді клопотання є одіозний Володимир Бугіль. Біля будівлі Шевченківського суду сталися сутички між активістами та поліціянтами. В цей час в суді обирали запобіжний захід для Стерненка. Активістів та народних депутатів, що планували взяти Стерненка на поруки, не пропускали на засідання суду. Поліція застосувала газові балончики, у відповідь полетіли пусті пляшки.
15 червня сутички під судом продовжились, поліціянти затримали одного з організаторів акції, Миколу Виговського, та двох учасників протесту. Нардеп Роман Лозинський, що хотів взяти на поруки Сергія, заявив, що поліціянти його побили. Щонайменше один з поліцейських вдарив затриманого активіста ногою в спину, активісти також заявляють про масові порушення закону поліціянтами при затриманнях. Начальник поліції Києва Андрій Крищенко відсторонив від роботи двох поліціянтів, що дозволили собі бити активістів.
16 червня Стерненку змінили місце домашнього арешту на Київ. Під час засідання адвокат Стерненка просила про відвід судді Олени Мелешак, однак прохання було відхилено. Наступне засідання суду було заплановано на 26 червня.
23 червня Івану Кузнєцову, одному з нападників на Стерненка скасували підозру. Саме Кузнєцов в ході нападу отримав смертельне поранення в серце. 26 червня Апеляційний суд переніс розгляд апеляції про зміну запобіжного заходу на 3 липня.
3 липня Апеляційний суд залишився запобіжний захід без змін, Стерненкові залишили вимогу залишатися під домашнім арештом, а перегляд запобіжного заходу запланували на кінець липня в Шевченківському райсуді Києва.
25 серпня Верховний суд відмовився переносити розгляд справи Стерненка до Києва, справу було залишено до розгляду в Приморському суді Одеси.
