С августа 1939 года командовал 163-й стрелковой дивизией ЛВО. Комбриг (4.11.1939). Участвовал с ней в Советско-финляндской войне 1939—1940 гг., за что в мае 1940 года был награждён орденом Красного Знамени. Сражался в боях при Суомуссалми, позже принимал участие в операции под Кухмо, где 54-я горнострелковая дивизия находилась в окружении. В ходе боевых действий получил ранение (был ранен в ногу), но оставался в строю. По окончании войны с Финляндией направлен в Москву в Центральный военный клинический госпиталь им. П. В. Мандрыка, там лечил осложнение после ранения, — остеомиелит. 4 июня 1940 года А. И. Зеленцову присвоено звание генерал-майор. С 14 июня 1940 года исполнял должность командира 88-й стрелковой дивизии АрхВО.