В 1926 году был зачислен солистом в балетную труппу Ленинградского театра оперы и балета (ныне Мариинский театр). В 1930 году его пригласили в Москву в Большой театр, в котором работал до конца своих дней.
С именем А. Ермолаева связано создание нового направления в мужском танце, которое отвечало общим тенденциям героизации балета, повышения игровой, драматической составляющей, введения в практику классического балета элементов народного танца. А. Ермолаев обладал виртуозной техникой танца, постоянно её совершенствуя и усложняя классические элементы. Создавая разнохарактерные роли, в целом он утверждал в балете мужественный и волевой образ. В этом же направлении действовали и выдающиеся балетмейстеры, работавшие с ним — В. И. Вайнонен и Л. М. Лавровский. Такое развитие соответствовало требованиям времени и не случайно было отмечено Сталинской премией в 1946 году.
А. Ермолаев работал над техникой танца на пределе возможностей, но это направление его творчества было ограничено серьёзной травмой. Начиная с 1939 года он сосредотачивается на ролях, которые требуют не бравурной исполнительской техники, а драматического мастерства, пантомимы. По стечению обстоятельств прыжки артиста, вызывавшие всеобщее восхищение запечатлены только на фотографии, киносъемок артиста были сделаны только после травмы, в роли Тибальда в фильме-балете «Ромео и Джульетта».
Одновременно работал в Московском хореографическом училище: в 1960—1972 годах был педагогом по классическому танцу, а в 1968—1972 годах — художественным руководителем училища. Среди его учеников: Ю. К. Владимиров, В. С. Лагунов, С. Н. Радченко, Ю. Ю. Ветров и др.
1937 — Вацлав в балете Б. В. Асафьева «Бахчисарайский фонтан» в постановке Р. В. Захарова
1939 — Пан в картине «Польский бал» оперы М. И. Глинки «Иван Сусанин», хореография Р. В. Захарова
1939 — Щелкунчик-принц в балете П. И. Чайковского «Щелкунчик», хореография В. И. Вайнонена — первый исполнитель в Большом театре (Маша — М. Т. Семёнова, Дроссельмейер — В. А. Рябцев)
1945 — Абдерахман в балете А. К. Глазунова «Раймонда» в постановке Л. М. Лавровского (Раймонда — М. Т. Семёнова, С. Н. Головкина, Жан дё Бриен — М. М. Габович, В. А. Преображенский, балетмейстер Л. М. Лавровский, фрагменты М. И. Петипа и А. А. Горского)
1948 — Молодой раб в балете Ц. Пуни «Конёк-Горбунок», хореография А. А. Горского в редакции Т. П. Никитиной, Л. А. Поспехина, А. И. Радунского
1949 — Кавалер Рипафратта в премьерной постановке балета С. Н. Василенко «Мирандолина» в постановке В. И. Вайнонена
1949 — Евгений в балете Р. М. Глиэра «Медный всадник» в постановке Р. В. Захарова
1950 — Ли Шан-фу в балете Р. М. Глиэра «Красный мак» в постановке Л. М. Лавровского.
1954 — Северьян в премьере балета С. С. Прокофьева «Сказ о каменном цветке» в постановке Л. М. Лавровского (Катерина — Г. С. Уланова, Данила — В. А. Преображенский, Хозяйка Медной горы — М. М. Плисецкая).
В 1942 году совместно с В. М. Шахраем и Ю. В. Хираско поставлена «Купальская ночь» — музыкальное народное представление, монтаж из оперных постановок
В 1951 году на собственные средства (Сталинская премия) совместно с А. И. Радунским поставил в Большом театре сольный концерт — цикл из восьми хореографических миниатюр «Мир победит войну».
В Москве, на доме № 7 в Брюсовом переулке (улица Неждановой), где в 1935—1975 годах жил артист, в 2000 году была установлена мемориальная доска.
Творчеству артиста посвящено множество публикаций, в том числе два сборника материалов — «Алексей Ермолаев» (М.,1974); «Алексей Ермолаев. Статьи, воспоминания» (М., 1982).
Библиография
Алексей Ермолаев. Сборник статей. — М.: Искусство, 1974. — 296 с. — 25 000 экз.