В 1886 г. художник отправился в Париж. Он, как и большинство российских живописцев того времени, отверг новаторские направления в искусстве (в частности – импрессионизм, которым увлекся его друг Левченко). Неутомимый весельчак и балагур отдал предпочтение тяготеющим к классике «тихим» барбизонцам. Ему так же нравилось изображать величавый восход солнца, спокойную утреннюю тишину, высокое небо, широкие просторы, объятые легким заревом… Во Франции Сергей Михайлович познакомился с известным украинским миниатюристом И. Похитоновым. Вместе с новым другом он ездил в Барбизон, на побережье Средиземного моря, в живописные места Бельгии и Англии. И на годичные академические выставки Васильковский регулярно слал работы, свидетельствующие о возросшем даровании («Пейзаж», «Охота на куропаток» и «Окрестности Хелоса, в Испании» – собственность Государыни Императрицы, «Дорога к морю», «В Пиренеях», «В Испании», «Алжир»). И все же эти произведения еще оставались суховатыми, словно художнику было тяжело дышать чужим воздухом.
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.