Из воспоминаний Нестеренко: «На участке обороны 14-й кавалерийской дивизии наш полк действовал с 24 сентября по 1 октября 1941 года. В это время дивизия не только удерживала занимаемый рубеж, но и смогла продвинуться вперед своим левым флангом на 12–15 километров. Все дивизионы нашего полка включились в активные боевые действия и своими батарейными и дивизионными залпами срывали каждую попытку врага сосредоточить на каком-либо участке свои силы и перейти в наступление. Вот как сказано о боевой работе нашего полка в это время в журнале боевых действий дивизии: “…B 11.00 один дивизион 4-го гмп открыл огонь по Федоровке, где сосредоточилась конница противника. После обстрела гитлеровцы бежали, оставив Федоровку. Всего перед фронтом дивизии действовало 3–4 батальона пехоты и до 5 батарей врага. Противнику нанесены большие потери артогнем 4-го гмп. В течение всего дня в Стаси немцы хоронили убитых…”
…За время боев под Лисичанском, с 19 ноября по 2 декабря, наш полк произвел 116 батарейных залпов. Всего было выпущено 6392 снаряда. Мы принимали все меры, чтобы помочь частям 49-й кавалерийской и 320-й стрелковой дивизиям овладеть Богдановкой, Золотаревкой, Малым Рязанцевом и Мессарошем.
Мы проводили ночные огневые налеты. Выводили на открытые позиции зенитные 37-миллиметровые батареи. Они внезапно появлялись со стороны леса и открывали беглый огонь по огневым точкам врага. В то же время с закрытых позиций мы давали минометный залп по расположению минометных батарей противника в районе Богдановки. Цель была одна — уничтожить как можно больше живой силы противника».
После Диканьки полк переброшен под Харьков в район населенного пункта Мерефа, где в одном из боев по личной инициативе Нестеренко впервые в истории гвардейских минометных частей дивизион М-13 вел огонь по вражеской колонне прямой наводкой.
Во время боев на Харьковщине комиссар полка Радченко побывал в Харьковском горкоме партии. Он решил организовать выпуск многотиражки. В горкоме на его просьбу откликнулись охотно, и комиссар получил портативное типографское оборудование, запас шрифтов и бумаги. Через несколько дней в Старобельске вышел первый номер полковой газеты «Гвардеец». Младший политрук Туманов оказался опытным и инициативным редактором, а гвардеец Щербак прекрасным наборщиком. Многотиражка освещала боевую жизнь подразделений полка, партийно-политическую работу, рассказывала об отличившихся в боях. Ракетчики читали ее с неменьшим интересом, чем любую центральную газету.
Впоследствии в «Гвардейце» была напечатана песня «Катюша», написанная самодеятельным поэтом гвардии рядовым Э. К. Талалаевским. Вот ее текст:
По-гвардейски весело и дружно
Грянем песню в сотню голосов
О своей прославленной «катюше»,
О бессмертной доблести бойцов.
В бой несется грозная «катюша»,
Чтоб скорей на скопище зверей
С беспощадной меткостью обрушить
Залпы наших смелых батарей.
Озверелым фрицам из Берлина
С поля боя не уйти живьем,
Если наша грозная машина
Прогремит и сталью и огнем.
Так затянем весело и дружно,
По-гвардейски расправляя грудь,
Нашу песню о родной «катюше»,
Что на Запад пробивает путь!
Со 2 по 18 ноября 1941 года полк своими силами проводил в Старобельске ремонт боевых и транспортных машин, накапливал боеприпасы, которые специальными эшелонами доставлялись из Москвы. Здесь отремонтировали и часть автобусов с ценностями Харьковского отделения Госбанка. Когда немного подморозило и окрепли дороги, «денежную» колонну отправили в Ворошиловград (ныне Луганск), где все ценности сдали в Государственный банк. За это полк впоследствии получил благодарность от Верховного главнокомандующего И. В. Сталина и 12 боевых машин с именными табличками на кабинах. Эти машины прибыли в полк уже под Сталинградом. Вручили их самым отважным расчетам.
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.