В октябре 1943 года Стемасов был вызван в Москву. Ему вручили приказ о присвоении звания подполковника и назначении членом советской военной миссии в Лондоне. Так в жизни Степана Ивановича начался новый период — военно-дипломатический.
После подготовки и оформления документов подполковник Стемасов в феврале 1944 года вылетел по маршруту Сталинград — Баку — Тегеран — Багдад — Каир — Триполи — Гибралтар — Великобритания.
9 марта, после длительного путешествия, он прибыл в Лондон, и представился руководителю миссии вице-адмиралу Николаю Харламову. Как известно, главной задачей миссии было согласование совместных действий советских войск и армий союзников против фашистской Германии.
На Стемасова возложили обязанности соответствующие его образованию и фронтовому опыту — вопросы организации войск связи.
Военное министерство Британии проводило для членов миссии выезды на аэродромы, оборонные заводы, склады, а также приглашало на различные учения. Познакомился Степан Иванович и со своими коллегами из США. Например, с начальником связи 8-й американской воздушной армии полковником Сулливаном.
…Союзники всячески оттягивали открытие второго фронта. В ту пору в Англии ходил популярный анекдот. «В кабинете Черчилля раздается телефонный звонок. В трубке он слышит голос Сталина: «Это говорит Джо. Я на французском побережье Ла-Манша. Теперь вы можете высаживаться».
Наконец, 6 июня 1944 года состоялась высадка союзных войск в Нормандии. Через месяц англичане организовали для членов миссии посещение захваченного плацдарма.
В первые месяцы после высадки Стемасову часто приходилось бывать в военном министерстве Англии. Британцы знакомили его с ходом боевых действий союзников во Франции.