В ноябре 1941 года направлен в формирующийся 514-й пикирующий бомбардировочный авиационный полк, в составе которого воевал с декабря 1941 года на Северо-Западном фронте в качестве воздушного стрелка-радиста. С июля полк находился в тылу на перевооружении на самолёты Пе-2, а приказом народного комиссара обороны СССР от 22 ноября 1942 года полку было присвоено гвардейское звание и он стал именоваться 36-м гвардейским бомбардировочным авиационным полком. В декабре 1942 года гвардии старший сержант А. Т. Шаповалов вновь в действующей армии, прибыв с полком на Юго-Западный фронт. В его рядах прошёл весь дальнейший боевой путь. Участвовал в Сталинградской битве, в Среднедонской и Ворошиловградской наступательных операциях, в Курской битве (Белгородско-Харьковская стратегическая наступательная операция «Румянцев»), в битве за Днепр, в Корсунь-Шевченковской, Проскуровско-Черновицкой, Львовско-Сандомирской и Восточно-Карпатской наступательных операциях.