Возможно, но возни будет больше. В любом случае не советую связываться с АТ командами.
Можно, например, написать для ESP-01 Ардуино скетч, который будет слушать последовательный порт, распознавать команды от Ардуино модулей и отсылать их куда требуется. Ну а для Ардуино модулей написать скетчи, которые будут отсылать эти команды в последовательные порты. Но при этом надо озаботиться, чтобы команды от этих трех Ардуино модулей не накладывались друг на друга, и как-то объединить три выхода последовательных портов, чтобы они друг друга не угробили, через откратый коллектор, например. Или можно поискать чего-то готовое, может, кто-то еще делал такую каракатицу и выложил куда-нибудь, скажем, на Гитхаб.
А вообще-то нафига вам еще модули? 32-битный ESP8266 по производительности и по памяти мощнее, чем десяток обычных 8-битных Ардуино модулей. У него только вводов-выводов не очень много. Так на свете полно всяких расширителей ввода-вывода, и аналоговых, и цифровых.