8 мая 1958 года генерал-лейтенант артиллерии Нестеренко был назначен членом Научно-технического комитета Генерального штаба ВС СССР и передал должность начальника НИИП-5 полковнику К. В. Герчику, бывшему до этого начальником штаба полигона.
Научно-технический комитет Генерального штаба в то время был боевым и активным органом. Его представители участвовали в проведении исследований непосредственно на учениях войск, а также в организации научной работы в нижестоящих звеньях. Все отделы НТК проводили большую работу по планированию научно-исследовательской тематики и разработок по актуальным проблемам военной науки. Алексей Иванович, например, большое внимание уделял разработке и научному обоснованию направлений развития вооружения РВСН. Для этого он поддерживал тесную связь с научно-техническим комитетом Ракетных войск, с НИИ-4, с Академией им. Ф. Э. Дзержинского.
Постановлением ЦК КПСС и Совета министров СССР от 12 октября 1960 года генерал-лейтенант А. И. Нестеренко от НТК Генерального штаба был включен в состав Государственной комиссии по испытаниям ракеты Р-9А, где трудился так же активно, как на прежних своих должностях.
В 1961 году за запуск первого в мире космонавта Юрия Гагарина Алексей Иванович был награжден орденом Трудового Красного Знамени. Из наградного листа на генерал-лейтенанта артиллерии Нестеренко:
«Генерал-лейтенант Нестеренко А. И. со дня основания по 1958 год командовал войсковой частью, проводящей ответственные испытания новых видов вооружения. За это время войсковой частью испытан и подготовлен к принятию на вооружение ряд новых образцов специальной техники.
Работая в настоящее время в НТК Генерального штаба, генерал-лейтенант артиллерии Нестеренко А. И. принимает личное участие в координации разработки и испытаний новых образцов военной техники.
За активное непосредственное участие в развитии новой техники объекта “Восток” генерал-лейтенант артиллерии Нестеренко А. И. достоин награждения орденом ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ.
Врио Начальника ГУРВО генерал-лейтенант инженерно-технической службы МРЫКИН
18 апреля 1961 г.».
Это была заслуженная награда, хотя прямого участия в запуске космонавта Нестеренко не принимал. Но тоже странная ситуация — к награде Алексея Ивановича представил генерал-лейтенант А. Г. Мрыкин, а не кто-либо из руководства Генерального штаба.
В 1960-е годы военно-научная работа в Вооруженных силах приобрела плановый характер. Задачи военно-научной работы стали закрепляться приказами министра обороны на срок три — пять лет, а порядок и сроки их выполнения определялись долгосрочными и годовыми планами военно-научной работы в Вооруженных силах.
Научно-технический комитет Генерального штаба занимался также формированием основных направлений развития вооружения и военной техники, определявших на 15 лет и на 10 лет программы вооружения, реализующие эти направления и устанавливающие количественный состав вооружения, позволяющий Вооруженным силам эффективно выполнять поставленные боевые задачи. Кроме этого, составлялись пятилетние и годовые планы производства вооружений и военной техники для Вооруженных сил и Научно-технический комитет Генерального штаба никогда не оставался в стороне от этой работы. Как и служба вооружения Министерства обороны, он участвовал в разработке программных документов, обеспечивал тесную связь с Академией наук и высшими школами.
В 1962 году вышел в свет приказ министра обороны СССР № 171 «О задачах военно-исторической работы в войсках» и подготовлена Инструкция по военно-научной работе. Появление этих документов способствовало в течение 1960-х годов развертыванию изданий военно-теоретических трудов по стратегии, оперативному искусству и тактике.
Были разработаны и изданы труды: «Стратегическое развертывание Вооруженных Сил в современной войне», «Стратегический очерк Великой Отечественной войны 1941–1945 гг.», «Советское военное искусство в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.». Кроме того, Научно-техническим комитетом разрабатывались информационные бюллетени по обобщению опыта военно-научной работы в Вооруженных силах, применению в войсках ЭВМ в интересах решения различных актуальных задач. В канун двадцатилетия победы в Великой Отечественной войне генералы и офицеры НТК подготовили ряд крупных военно-теоретических трудов. Особенно большое внимание уделялось работам исторического плана. Были разработаны монографии «Битва за Ленинград», «Разгром немецко-фашистских войск под Москвой», «Ясско-Кишиневские Канны», «Великая битва на Волге». Появление этих работ способствовало овладению командными кадрами новыми формами и способами ведения войны, а также использованию военно-исторической литературы для военно-патриотического воспитания личного состава армии и флота.