В первые недели Великой Отечественной войны произвёл 37 боевых вылетов на истребителе И-16.
30 июля 1941 года лейтенант Алексей Артамонов находился на аэродроме в составе дежурного звена. В конце дня над аэродромом появился воздушный разведчик противника «Hs-126». А. Артамонов первым поднялся в воздух на перехват «Хеншеля». Увидев истребитель, фашистский лётчик увеличил скорость и повернул на запад. Через 5 минут Артамонов догнал его. Воздушный стрелок открыл огонь по истребителю. Выбрав наиболее выгодное положение, Артамонов выпустил пулемётную очередь с короткой дистанции, которая прошила фюзеляж. «Хеншель» продолжал лететь. Артамонов вновь подошёл к разведчику на короткую дистанцию и открыл огонь, но после нескольких выстрелов очередь оборвалась. Тогда он направил свой истребитель на врага и таранил его. Удар пришёлся в фюзеляж. «Хеншель» загорелся и, разваливаясь, стал падать. При ударе Артамонов был тяжело ранен и не смог воспользоваться парашютом.
Указом Президиума Верховного Совета СССР «О присвоении звания Героя Советского Союза начальствующему и рядовому составу Красной Армии» от 27 марта 1942 года за «образцовое выполнение боевых заданий командования и проявленные при этом доблесть и мужество» удостоен посмертно звания Героя Советского Союза[1].
Имя Героя носила общеобразовательная средняя школа № 1156, ул. Гришина, 8, г. Москвы. С 1982 г. школа закрыта. Здание школы передано районному отделу социального обеспечения (РОСО), ныне это здание районного управления социальной защиты населения (РУЗСН) района «Можайский» и Центра социального обслуживания населения (ЦСО) района «Можайский» Западного административного округа г. Москвы.
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1987. — Т. 1 /Абаев — Любичев/. — 911 с. — 100 000 экз. — ISBN отс., Рег. № в РКП 87-95382.
Перепеченко В. П. История с двойником Героя. — Вологда: Академия, 2016. — 105 с. — (История Великой Отечественной войны. Архивно-поисковые исследования).; ISBN 978-5-901659-03-1.