8 ноября 1941 года полк по тревоге был вызван в город Лисичанск. Немцы подошли к городу и овладели его окраиной. Полк в быстром темпе, с марша, развернулся в боевой порядок и произвел мощный внезапный залп. В результате немцы оставили окраину города и в панике отошли на 8–12 километров на всем участке.
За бои под Диканькой, Харьковом и Лисичанском Нестеренко был награжден орденом Ленина.
Из наградного листа на майора Алексея Ивановича Нестеренко, командира 4-го гвардейского минометного полка:
«Командуя 4-м гвардейским минометным полком в короткий срок сумел так организовать и воспитать подчиненных своего полка, что в настоящее время полк может решать любые боевые задачи. Волевой, инициативный командир. В боях против фашистов под селами Диканька, Федоровка, Коломак, Ольшаны полк под руководством тов. НЕСТЕРЕНКО нанес сокрушительные удары фашистам, уничтожив до 3000 живой силы, 10–12 минометных батарей, 2-х тяжелых батарей, 100–120 автомашин, 200 повозок. Во всех этих боях т. НЕСТЕРЕНКО, рискуя жизнью, всегда был на самых опасных участках. Личным примером, отвагой, мужеством и бесстрашием воодушевлял бойцов и командиров своего полка на выполнение поставленной задачи. Обладая хорошими организаторскими способностями, тов. Нестеренко за сравнительно короткий срок добился хорошей выучки личного состава полка в овладении сложной техникой, высокой дисциплины, маневренности полка в сложных боевых условиях. Тов. НЕСТЕРЕНКО заслуживает высшей правительственной награды — ордена Ленина.
Начальник группы м/ч ОГВК ЮЗФ полковник ЗУБАНОВ
Член Военного совета батальонный комиссар КИСЕЛЕВ 2.11.1941».
Зимой 1941 года, в связи с подготовкой нашего контрнаступления под Москвой, Ставка поставила перед командованием Южного фронта задачу связать силы противника и не дать ему перебросить под Москву подкрепления. В декабре 1941 года на Южном фронте была создана подвижная группа из кавалерийских частей, усиленная танками и мотопехотой. В состав группы вошел и 4-й гвардейский минометный полк под командованием майора Нестеренко.
Группа совершила 200-километровый рейд по тылам противника, участвуя в боях с фашистами, наводя панику и дезорганизацию. Особенно тяжелые и кровопролитные бои вел полк под Верхней Любовшей. Немцам был нанесен значительный урон — уничтожено свыше 300 автомашин, более 15 артиллерийских батарей. Но и полк в этих боях нес значительные потери. В декабре 1941 года в одном из боев подразделения полка остались без прикрытия. К позициям «катюш» прорвались немецкие танки и пехота противника. В этот день погибло 18 гвардейцев, но ни одна машина не попала в руки немцев, которые очень упорно охотились за таким трофеем. Этот бой и погибших гвардейцев с болью вспоминал Алексей Иванович на своем юбилее в 1978 году.
