19 марта 1955 года по предложению назначенного в это же время на должность заместителя Министра обороны СССР по специальному вооружению и реактивной технике, Маршала артиллерии Митрофана Ивановича Неделина Алексей Иванович Нестеренко был назначен руководителем будущего космодрома Байконур, а в июне 1955 года прибыл на станцию Тюра-Там.

Под его руководством и контролем велись работы по оснащению служб космодрома необходимым контрольно-испытательным и пусковым оборудованием, подготовка к старту и запуск экспериментальных ракет, космических аппаратов. За обеспечение этих работ Алексею Ивановичу была присуждена Государственная премия СССР.

Правой рукой Нестеренко был Алексей Саввич Буцкий, его заместители по научно-исследовательским испытательным работам, строительству, материально-техническому снабжению – Алексей Анатольевич Васильев, Александр Иванович Носов, Евгений Николаевич Лебедев, Николай Николаевич Васильев и ответственный за диспетчерскую службу космодрома Александр Михайлович Войтенко.

Алексей Иванович пользовался большим авторитетом на космодроме. Вот как о нем написала одна из ветеранов космодрома Тамара Александровна Тращенкова:

«Мы, ветераны космодрома, всегда с большой любовью вспоминаем Алексея Ивановича за его удивительный организаторский талант, за доброту и внимание к людям, за скромность и человечность».