Участник Великой Отечественной войны с 1941 года, с сентября 1944-го он проходил службу на 9-й заставе 2-го пограничного отряда Украинского пограничного округа. 5 февраля 1945 года возглавляемый им дозор обнаружил группу вооружённых националистов из так называемой Украинской повстанческой армии, совершивших налёт на приграничное село.

Для того чтобы не допустить их отступления в лес, Пустельников на крестьянской лошади обогнал бандитов и на опушке вступил с ними в бой. В ходе ожесточённой перестрелки он уничтожил троих нападавших, но и сам был ранен. Когда патроны закончились, ефрейтор последней гранатой подорвал себя и двух бандеровцев.
Подоспевший с заставы резерв завершил разгром банды.

Отважного пограничника похоронили у села Поторица Сокальского района Львовской области.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 марта 1945 года ефрейтор Семён Селивёрстович Пустельников за мужество и героизм, проявленные при защите государственной границы, был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза.

2 августа 1946 года имя Героя было присвоено одной из застав Львовского пограничного отряда Западного пограничного округа. В честь Семёна Пустельникова названы улица и школа в городе Орше Витебской области Белоруссии.

28 мая 2003 года Указом Президента Республики Беларусь имя Героя присвоено 1-й заставе 15-го пограничного отряда национальных погранвойск.