Сначала лейтенант Алтунин был назначен заместителем командира миномётной роты по политчасти 720-го стрелкового полка в 162-й стрелковой дивизии 25-го стрелкового корпуса. Через несколько дней дивизия была погружена в эшелоны и направлена на витебское направление. С первых дней июля 1941 года — в боях Великой Отечественной войны в составе Западного фронта, командовал миномётной ротой в оборонительных боях восточнее Витебска, под Ярцевом в Смоленской области. Был тяжело ранен. После выздоровления с сентября 1941 года — командир учебной стрелковой роты 65-й запасной стрелковой бригады Северо-Кавказского военного округа. В ноябре 1941 года стал командиром роты в 633-м стрелковом полку 157-й стрелковой дивизии Закавказского фронта. В декабре 1941 года в составе дивизии высадился в первом эшелоне десанта в Феодосию в ходе Керченско-Феодосийской десантной операции, через три дня упорных наступательных боёв был вновь тяжело ранен, после второго ранения А. Т. Алтунин очнулся лишь в кузове грузовика, который вез раненых обратно в Феодосию, а оттуда уже был на корабле отправлен в госпиталь, в период нахождения в госпитале заболел тифом. Это ранение спасло ему жизнь, так как получившие подмогу гитлеровцы в живых из десантников никого не оставили; именно боевым друзьям Алтунина, погибшим под Старым Крымом, и поставлен обелиск на второй речке — на месте их расстрела.