Воевал с начала войны. Весной 1942 года был ранен в ногу. После госпиталя получил отпуск и приехал домой, в родную деревню Шегары. За время отпуска успел жениться, и через 3 месяца после свадьбы снова вернулся на фронт. 2 октября 1942 поступил в госпиталь под Москвой с диагнозом "туберкулез легких и гортани". Умер от этой болезни 18 ноября 1942 года. Похоронен в Москве, на Преображенском кладбище, участок 48, братская могила 129 (в которой, кроме него, захоронены еще 6 человек). Уже после смерти Алексея Ивановича, 31 декабря 1942 года (по документам - 01.01.1942 г.) у него родился
сын, Головин Василий Алексеевич, который никогда не видел своего отца - только его единственную сохранившуюся фотографию, которую берегли всей семьей. В честь Алексея Ивановича был назван его внук, родившийся в 1976 году, - Алексей Васильевич Головин.