К моменту совершения танкового рейда, который сделал его имя бессмертным, весь боевой опыт Горобца составлял всего один месяц.
17 октября 1941 года перед 21-й отдельной танковой бригадой была поставлена непростая задача: осуществить глубокий рейд в тыл противника по маршруту Большое Селище — Лебедево, разгромив силы немцев в Кривцево, Никулино, Мамулино, а также овладеть городом Калинин, освободив его от немецких захватчиков.
Бригаде нужно было осуществить разведку боем, прорвавшись через город и объединившись с частями, занявшими оборону на Московском шоссе. Танковый батальон бригады под командованием капитана Агибалова вышел на Волоколамское шоссе, по которому уже три дня днем и ночью следовали части моторизованного корпуса противника. В авангарде батальона были два средних танка Т-34 — танк старшего сержанта Горобца и его командира взвода Киреева.
Немцы, заметив советские танки, открыли по ним огонь. В ходе боя танк Т-34 Киреева был подбит и сполз с шоссе в кювет, а танк Горобца сумел раздавить позиции немецких орудий и проскочить вперед, после чего, не сбавляя скорости, въехать в деревню Ефремово.
Тем временем батальон Агибалова, идущий вслед за авангардом из двух Т-34, попадает под авиаудар «юнкерсов», несколько танков подбиты. Оторвавшись от основной колонны батальона более чем на полкилометра, Горобец и его экипаж ничего не знают о судьбе комбата и остальных экипажей. Старший сержант продолжает выполнение поставленной задачи. На шоссе к городу Т-34 нагоняет колонну немецких мотоциклистов и выводит ее из строя.
Выехав из деревни Лебедево, экипаж танка обнаруживает немецкий аэродром, на котором — самолеты и бензозаправщики. «Тройка» Горобца посылает снаряды по самолетам и боеприпасам.
Горобец, понимая, что его атаки не поддерживаются другими танками его батальона, которые уже должны были догнать оторвавшийся авангард, принимает нестандартное решение — прорываться в Калинин в одиночку.
Расстреляв по пути очередную колонну автомашин с пехотой, советский танк врывается город. У железнодорожной линии он совершает поворот направо под путепровод и заезжает во «Двор Пролетарки», где по ним ведет прицельный огонь немецкое противотанковое оружие. В танке начинается пожар.
Пока члены экипажа борются с огнем, механик-водитель Федор Литовченко ведет машину на орудие и давит его гусеницами.
Далее танк Горобца следует по улице Большевиков, проезжает по правому берегу реки Тьмаки мимо женского монастыря, форсирует речку по ветхому мосту и выходит на левый берег реки.
Черный от копоти танк продолжает путь по занятому противником городу. Немцы не сразу реагируют на него, принимая за свой.
Т-34 выскакивает на площадь Ленина. Танкисты не знают города и действуют скорее по наитию, двигаясь в верном направлении.
Вырвавшись за пределы Калинина, на Московском шоссе, не доезжая до горящего элеватора, они попадают под сильный обстрел со всех сторон. Здесь находятся позиции одного из полков 5-й стрелковой дивизии. Машину Горобца сначала принимают за немцев, но разобравшись, прекращают огонь.
Позднее с экипажем Т-34 встретился лично генерал-майор Хоменко, командующий 30-й армией. Не дожидаясь наградных документов, он снял со своего кителя орден Красного Знамени и вручил его старшему сержанту Степану Горобцу.
В течение нескольких месяцев после этих событий Горобец дослужился до звания младшего лейтенанта, был награжден орденом Ленина.
Во время наступления 8 февраля 1942 года в бою у села Петелино в Ржевском районе экипаж танка Т-34 младшего лейтенанта Степана Горобца сумел уничтожить 3 орудия противника, подавить более 20 пулеметных точек и 12 минометов врага, уничтожить до 70 солдат и офицеров противника.
В этом бою в день своего 29-летия Степан Горобец был убит. Его похоронили в деревне Братково Старицкого района Тверской области в братской могиле недалеко от церкви в 10 метрах от шоссе Старица — Берново.
5 мая 1942 года за проявленное в боях мужество и героизм младшему лейтенанту Степану Христофоровичу Горобцу было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
В 1994 году в Пролетарском районе Твери появилась улица Степана Горобца.
В ноябре 2011 года на Комсомольской площади в честь 70-летия подвига была открыта скульптурная композиция экипажу танка Степана Горобца.
