С 1 апреля 1945 г. войска 2-го Прибалтийского и часть войск 1-го Прибалтийского и Ленинградского фронтов, блокирующие курляндскую группировку немцев из 36 дивизий группы армий «Север», были объединены в Ленинградский фронт под командованием Маршала Советского Союза Л. А. Говорова. Нестеренко стал заместителем командующего артиллерией этого фронта. В состав оперативной группы ГМЧ Ленинградского фронта входили одна дивизия и четыре отдельные бригады М-31, а также 17 полков М-13. За боевые отличия на этом фронте Нестеренко награжден орденом Кутузова 2-й степени (29.6.1945). День Победы застал его за подготовкой к наступлению против курляндской группировки немцев. Курляндская группировка немцев в составе более 300 тыс. человек капитулировала.
Как показывает описание боевого пути, Алексей Иванович Нестеренко являлся видным полководцем Великой Отечественной войны. В заключительных операциях войны под его командованием находилось 7 тяжелых бригад гвардейских минометов из 40 имевшихся в Советской Армии (17,5 %). 17 полков «катюш» из 115 в Советской Армии (14,8 %), т. е. 1/6—1/7 главной ударной мощи Советской Армии — реактивной артиллерии.
В боях А. И. Нестеренко проявлял ум, сметку, смелость, находчивость, изобретательность, инициативу, высокий профессионализм, умело использовал маневренность и ударную мощь нового оружия. Его 4 ГМП первым из гвардейских минометных полков награжден орденом Красного Знамени (13.3.42). Находясь на важнейших и опасных участках фронта, он не раз сталкивался в ближнем бою с танками и мотопехотой, попадал под пулеметный огонь и удары авиации. В боях был контужен (26.6.1941) у станции Говье в Западной Белоруссии, легко ранен в бою под городом Лисичанск Ворошиловградской области (28.11.1941) и при воздушном налете в кисть правой руки и в скулу, когда руководил понтонной переправой в Ростове-на-Дону (24.7.1942).
Благодаря отличному знанию техники и глубокому осмыслению опыта применения ее в боях много сделал для совершенствования техники и организации боя. Разработал и широко применял методы стрельбы прямой наводкой, всегда грамотно организовывал разведку противника, боевое охранение и прикрытие, боепитание частей и подразделений, гибко использовал подчиненные ему войска для нанесения максимального урона врагу в обороне и в наступлении.
После войны А. И. Нестеренко был заместителем командующего артиллерией Ленинградского военного округа, в мае 1946 г. назначен начальником создаваемого НИИ-4 МО Академии артиллерийских наук. Для создания института Нестеренко получил в Болшево под Москвой городок инженерных войск и приступил к организации института. В этом же городке он предоставил возможность генералу В. И. Вознюку начать формировать Государственный центральный полигон Капустин Яр. Здесь были организованы и укомплектованы основные службы ГЦП, после чего Вознюк с этими подразделениями переехал в Капустин Яр, где продолжил работу по созданию полигона.
Алексей Иванович вникал во все научные, технические, хозяйственные и бытовые вопросы института. После доклада президенту Академии артиллерийских наук генерал-лейтенанту Благонравову о сформировании научных и вспомогательных подразделений Нестеренко получил от него указания: создать в НИИ-4 ученый совет, разработать и строго выполнять план научно-исследовательских работ, организовать тесное взаимодействие института со всеми НИИ, КБ и полигоном Капустин Яр. Нестеренко посещает ОКБ-1, знакомится с С. П. Королевым и со всеми КБ, занимающимися ракетами и оборудованием для их испытаний. Уже на стадии разработки он подключает свои научные подразделения к работам по их профилю. Тесное взаимодействие с разработчиками обеспечивало ускорение выполнения научно-исследовательских работ и их практическую ценность. Исследуя вновь создаваемые боевые ракетные комплексы, институт завоевывает авторитет и начинает диктовать промышленности тактико-технические требования к ракетным комплексам и всем их системам.