Numerosi e di grande prestigio gli incarichi ricoperti nella sua lunga carriera: fra tutti, la direzione della Sala operativa interforze istituita all'Aquila in occasione del vertice internazionale del G8. Durante il terremoto che il 6 aprile 2009 devastò il capoluogo abruzzese, Cesareo venne incaricato delle operazioni di trasferimento delle 293 vittime estratte dalle macerie, e diresse le complesse operazioni di riconoscimento e identificazione dei corpi.
Dal primo ottobre 2009, è stato nominato dirigente della Ottava Zona di Polizia di Frontiera per le Regioni Emilia Romagna, Toscana e Marche, con sede a Bologna, dove ha prestato servizio fino al primo settembre 2015.
Nell'anno accademico 2015-2016 ha frequentato il 31mo Corso di Alta formazione presso la Scuola di perfezionamento delle Forze di Polizia, conseguendo il titolo e il Master di secondo livello in Sicurezza, Coordinamento interforze e Cooperazione internazionale presso il Dipartimento di Comunicazione e Ricerca sociale dell'Università la Sapienza. Il 22 marzo 2002 il presidente della Repubblica ha conferito ad Alessio Cesareo la Medaglia d'argento al valor civile per le lesioni riportate in servizio il 16 luglio 2001 nell'esplosione di un pacco bomba recapitato al Commissariato di Polizia di Avezzano