Полк был вооружен боевыми машинами БМ-13 на трехосном автомобиле ЗИС-6. 16 реактивных осколочно-фугасных снарядов М-13 с направляющих установки БМ-13 могли быть выпушены в течение 8—10 секунд на максимальную дальность до 8470 м. В его полку было 3 дивизиона по 3 батареи (четвертый дивизион был отправлен в Ленинград), 1414 человек (из них 137 офицеров), 36 боевых машин, 12 зенитных 37-миллиметровых пушек, 9 зенитных и 18 ручных пулеметов, а также 343 грузовые и специальные машины. Залп его полка трехдивизионного состава составлял 576 снарядов 132-миллиметрового калибра. Вес взрывчатого вещества снаряда 4,9 кг. Первый залп «катюши» его полка произвели под гоголевской Диканькой в Полтавской области 25.9.1941 г. Здесь начался боевой путь полка. Дивизионным залпом в урочище Переруб была разгромлена и бежала с поля боя группировка пехоты и кавалерии противника, изготовившаяся к атаке. В боях под Диканькой враг был задержан на 14 суток. По показаниям пленных, 101-я пехотная дивизия противника потеряла до 30–40 % своего состава от огня 4 ГМП. В Диканьке в парке им. Гоголя после войны в семидесятых годах по просьбе жителей поселка при помощи Нестеренко был установлен памятник «катюшам» его полка — реактивная установка БМ-13 на постаменте. На открытие памятника вместе с ветеранами полка был приглашен Нестеренко, которому благодарные жители присвоили звание почетного гражданина Диканьки.

Участвовал в боевых действиях на Западном (июнь — июль 1941), Юго-Западном (сентябрь 1941—март 1942), Северо-Западном (апрель — май 1942), Южном (май 1942—август 1942), Северо-Кавказском (Черноморская группа август 1942—март 1943), Брянском (март 1943—октябрь 1943), 2-м Прибалтийском (октябрь 1943—март 1945) и Ленинградском фронтах (апрель 1945—май 1945) в качестве командира 170-го артполка 137-й стрелковой дивизии (июнь — июль 1941), командира 4-го гвардейского полка реактивной артиллерии РВГК (сентябрь 1941—март 1942), представителя командующего гвардейскими минометными частями Ставки Верховного Главнокомандования (апрель — май 1942), начальника оперативных групп гвардейских минометных частей фронтов (с мая 1942 до августа 1944), заместителя командующего артиллерией фронтов (с августа 1944 по май 1945).