С началом Великой Отечественной войны лейтенант А. Ф. Гребнев был срочно выпущен с курсов в июле 1941 года. 29 июля 1941 года назначен командиром батальона 856-го стрелкового полка 283-й стрелковой дивизии Орловского военного округа (дивизия формировалась в Щигровском районе Курской области). В середине сентября дивизию передали в оперативную группу генерала А. Н. Ермакова Брянского фронта, где она готовилась к участию в армейской операции по освобождению города Глухов (Сумская область). Однако 30 сентября 1941 года немецкие войска начали генеральное наступление на Москву, нанеся в том числе значительное поражение и войскам Брянского фронта в ходе Орловско-Брянской операции. В этом сражении полк вместе с дивизией оказались в окружении. Сохранив боеспособность, войска три недели пробивались к своим и 22 октября прорвали фронт и соединились с основными силами уже на Тульском направлении. Затем А. Ф. Гребнев отличился при отходе от Льгова к Щиграм и уничтожению всех переправ на пути отхода. 30 октября с дивизией был переброшен на ликвидацию немецкого прорыва под городом Ефремов и там вновь отличился. Умело отбивал атаки пехоты и танков противника, даже оказавшись в полном окружении. При отходе на новую позицию батальон Гребнева выполнил задачу по прикрытию отхода полка, оставаясь на оборонительных рубежах, а затем с минимальными путями вывел из окружения и свой батальон. За эти оборонительные бои был награждён орденом Ленина.