Schlacht in Galizien
Der Krieg gab Nesterow als Flieger der russischen Fliegertruppe die Gelegenheit, seine Luftkriegstheorien in der Praxis zu erproben. Insbesondere beim Bombenabwurf war er recht zielsicher. Die damaligen Maschinen waren unbewaffnet, und so kam Nesterow zu der zweifelhaften Ehre, den ersten Selbstopferangriff in der Geschichte der Luftfahrt auszuführen. Am 8. September 1914 rammte er während der Schlacht in Galizien mit seiner Morane-Saulnier G die „Albatros“ des österreichischen Piloten Franz Malina mit dem Beobachter Baron von Rosenthal. Möglicherweise hatte Nesterow versucht, das gegnerische Flugzeug nur mit Hilfe seines Fahrwerks zu beschädigen, was aber misslang. Beide Maschinen stürzten ab, Piloten und Beobachter kamen ums Leben. Die sterblichen Überreste Nesterows wurden in Kiew auf dem Lukjaniwska-Friedhof beigesetzt.