В феврале 1942 года Семёнов был назначен на должность командира 1-й стрелковой дивизии, которая принимала участие в ходе в Сталинградской битвы и успешно вела оборонительные бои на левом берегу Дона на рубеже населённых пунктов Калитва — Верхний Мамон — Сухой Донец, а затем контрнаступления советских войск дивизия освободила город Богучар, а в январе 1943 года — город Миллерово. За проявленные отвагу, стойкость, мужество личного состава 1-я стрелковая дивизия была преобразована в 58-ю гвардейскую, а Алексей Иванович Семёнов был награждён орденом Суворова 2 степени.