В 1939 году Александр Матросов был направлен на вагоноремонтный завод в городе Куйбышеве (сегодня Самара), но вскоре оттуда сбежал. Приговором народного суда 3‑го участка Фрунзенского района города Саратова от 8 октября 1940 года он был осуждён по статье 192 УК РСФСР и приговорен к двум годам лишения свободы за нарушение паспортного режима. Судебная коллегия по уголовным делам Верховного Суда РСФСР 5 мая 1967 года этот приговор отменила. Отбывал срок в Уфимской детской трудовой колонии.
В Красную Армию Александр Матросов был призван Кировским райвоенкоматом города Уфы Башкирской АССР в сентябре 1942 года и направлен в Краснохолмское пехотное училище в октябре того же года. В ноябре 1942 года большую часть курсантов направили на Калининский фронт.
В действующей армии Матросов был с ноября 1942 года. Служил в составе 2-го отдельного стрелкового батальона 91-й отдельной Сибирской добровольческой бригады имени И.В. Сталина (позже 254-й гвардейский стрелковый полк 56-й гвардейской стрелковой дивизии). Некоторое время бригада находилась в резерве. Затем ее перебросили под Псков.
27 февраля 1943 года 2-й батальон получил задачу атаковать опорный пункт в районе деревни Плетень, западнее деревни Чернушки, Локнянского района Псковской области. Как только советские солдаты прошли лес и вышли на опушку, они попали под сильный пулеметный огонь противника — три вражеских пулемета в дзотах прикрывали подступы к деревне. Один пулемет подавил штурмовую группу автоматчиков и бронебойщиков. Другая группа бронебойщиков уничтожила второй дзот. Однако пулемет из третьего дзота продолжал обстреливать всю лощину перед деревней. Попытки заставить его замолчать не увенчались успехом. Тогда в сторону дзота пополз красноармеец Александр Матросов. Он подобрался к амбразуре с фланга и бросил две гранаты, пулемет замолчал. Однако как только бойцы поднялись в атаку, снова началась пулеметная стрельба. Тогда Матросов поднялся, рывком бросился к дзоту и своим телом закрыл амбразуру. Ценою своей жизни он содействовал выполнению боевой задачи подразделением.
Через несколько дней имя Александра Матросова стало известно всей стране. Подвиг Матросова был использован при наличии при части журналистом для патриотической статьи. При этом дату смерти Героя перенесли на 23 февраля, приурочив подвиг ко дню рождения Красной Армии.
Александр Матросов был похоронен в деревне Чернушки Локнянского района. В 1948 году прах был перезахоронен в городе Великие Луки Псковской области на левом берегу реки Ловать на пересечении улицы Розы Люксембург и набережной имени Александра Матросова.
Несмотря на то, что Александр Матросов был не первым, кто совершил подобный акт самопожертвования, именно его имя было использовано для прославления героизма советских солдат.
19 июня 1943 года Александру Матросову было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза. Награжден орденом Ленина (посмертно).
8 сентября 1943 года приказом народного комиссара обороны СССР Сталина имя Александра Матвеевича Матросова было присвоено 254-му гвардейскому стрелковому полку, а сам он навечно зачислен в списки.
Памятники Александру Матросову установлены в городах Уфе, Великих Луках, Ульяновске, Санкт-Петербурге, Красноярске, Днепропетровске и других.
Имя Александра Матросова носит детский кинотеатр в городе Уфе, открыт мемориальный музей Матросова в Уфимском юридическом институте МВД РФ. Его имя присвоено музею комсомольской славы города Великие Луки, который с 27 сентября 2007 года является структурным подразделением Великолукского краеведческого музея — «Центр патриотических инициатив имени Героя Советского Союза Александра Матросова».
Именем Александра Матросова названы улицы во многих городах России.