Август — в Алабине под Москвой сформировал один из первых восьми полков гвардейской реактивной артиллерии — 4-й гвардейский минометный полк (ГМП).

25 сентября — 4-й ГМП произвел первый залп у села Диканька Полтавской области. Здесь начался боевой путь полка.

1941, август — 1942, апрель — командир 4-го гвардейского минометного полка.

1942, март — приказом НКО № 00173 А. И. Нестеренко присвоено воинское звание «полковник».

20 апреля — назначен начальником инспекторского отделения штаба гвардейских минометных частей (ГМЧ) Красной армии.

Июль — назначен начальником оперативной группы ГМЧ Южного фронта.

7 декабря — постановлением Совета народных комиссаров присвоено воинское звание «генерал-майор артиллерии».

1942, сентябрь — 1943, апрель — начальник оперативной группы Закавказского и Северо-Кавказского фронтов, Черноморской группы войск Северо-Кавказского фронта.

1943, 28 августа — постановлением Совета народных комиссаров присвоено воинское звание «генерал-лейтенант артиллерии».

1944, 24 апреля — сентябрь — начальник оперативной группы Брянского фронта, 2-го Прибалтийского фронта.

1944, сентябрь — 1945, февраль — заместитель командующего артиллерией по ГМЧ 2-го Прибалтийского фронта.

1945, февраль — сентябрь — заместитель командующего артиллерией по ГМЧ Управления командующего Ленинградским военным округом.

1946, 24 мая — 1951, 18 сентября — начальник института реактивного вооружения Академии артиллерийских наук (НИИ-4).

1951, 14 марта — постановлением Совета министров СССР № 981 А. И. Нестеренко присуждена Сталинская премия 3-й степени за 1950 год в размере 50 тысяч рублей (на коллектив из семи человек). Премия вручена за выдающиеся изобретения и коренные усовершенствования методов производственной работы в области машиностроения, а реально — за исследования по высотной ракете и «высотному зонду», закончившиеся эскизным проектом системы для отработки приземления людей и животных, размещенных в кабине.

1951, сентябрь — 1953, 22 января — заместитель командующего артиллерией Белорусского военного округа.

1953, 22 января — назначен начальником факультета реактивного вооружения Военной артиллерийской инженерной академии им. Ф. Э. Дзержинского.

Апрель — возглавил Государственную комиссию по испытаниям ракетного комплекса с ракетой Р-11.

1955, 19 марта — 1958, 8 мая — начальник 5-го НИИП (полигон, ныне космодром Байконур). Руководил подготовкой и пуском первой МБР и первого в мире искусственного спутника Земли, за что награжден орденом Ленина и памятной медалью Президиума Академии наук СССР.

1956, 31 августа — утвержден членом Государственной комиссии по руководству испытаниями ракеты Р-7.

1958, 8 мая — 1966, 30 августа — член Научно-технического комитета Генерального штаба ВС по ракетной технике.

1961, 17 июня — за осуществление запуска первого в мире космонавта Ю. А. Гагарина награжден орденом Трудового Красного Знамени.

1966, 9 августа — уволен в запас.

1995, 18 июля — Алексей Иванович Нестеренко скончался. Похоронен на Кунцевском кладбище в Москве.

Байконур — память сердца… М., 2001.

Волков Е. Б. Полвека в ракетной науке. М., 2004.

Герчик К. В. Взгляд сквозь годы: О сослуживцах и однополчанах. М., 2004.

Главный строитель Байконура. М., 2004.

Глазами очевидцев. Воспоминания испытателей космодрома Байконур. Вып. 1–2. М., 1994–1997.

Голованов Я. К. Королев. Факты и мифы. М., 1994.

Задача особой государственной важности. Из истории создания ракетно-ядерного оружия и ракетных войск стратегического назначения (1945–1959): Сборник документов / Сост. В. И. Ивкин, Г. А. Сухина. М., 2010.

История Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации (1946–2006). М., 2010.

Конев И. С. Сорок пятый. М., 1970.

Космодром Байконур в начале пути (Очерки об испытателях, специалистах и строителях космодрома Байконур) / Под ред. К. В. Герчика. Байконур, 1992.