ב-1 בדצמבר 1933 מינה המלך קרול השני את אנטונסקו לרמטכ"ל צבא רומניה. עם מינויו קיבל אנטונסקו מהמלך הבטחה שיינתן לו חופש מוחלט בארגון הצבא מחדש, אך היחסים בין השנים הידרדרו ואנטונסקו התפטר תוך שנה, ב-11 בדצמבר 1934, וחזר לפיטשט לפקד על הדיוויזיה השלישית, תפקיד בו שימש עד 1937. לשיא הקריירה הצבאית הגיע ב־25 בדצמבר 1937 עם קידומו לדרגת גנרל מיור, ושלושה ימים מאוחר יותר לתפקיד שר המלחמה בממשלתם הלאומנית-אנטישמית של אוקטביאן גוגה ואלכסנדרו קוזה. כבעבר, הסתכסך אנטונסקו שוב עם המלך ופמלייתו ואולץ להתפטר מתפקידו ב-30 במרץ 1938. הוא היה מיודד עם קורנליו זליה קודריאנו ואף העיד מטעם ההגנה במשפט שלו, מה שבוודאי לא מצא חן בעיני המלך.
ב-1940 הוחזק במעצר בית במנזר ביסטריצה.
כחייל וכקצין מצטיין הוענקו לאנטונסקו מספר עיטורים, בהם אות מסדר מיכאי האמיץ דרגה 3, העיטור הגבוה ביותר בצבא הרומני. מאוחר יותר, כמנהיג רומניה בעת המלחמה, קיבל גם מספר עיטורים גרמניים: צלב הברזל, דרגה שנייה (גרמנית: Eisernes Kreuz 2. Klasse) ב-1939, צלב הברזל, דרגה ראשונה (גרמנית: Eisernes Kreuz 1. Klasse) באותה שנה, וכן מגן קרים (גרמנית: Krimschild in Gold) וצלב האבירים של צלב הברזל (גרמנית: Ritterkreuz des Eisernen Kreuzes).
ב-21 באוגוסט 1941 קידם אנטונסקו את עצמו לדרגת מרשל, הדרגה הגבוהה ביותר בצבא רומניה, והעניק לעצמו (באמצעות המלך) אותות כבוד ומדליות.
בשלטון.
מדינת הלגיונרים.
אנטונסקו לא השתייך לתנועה הלגיונרית, בהנהגת קורנליו זליה קודריאנו, אך היה מיודד עם קודריאנו ואף העיד לטובתו במשפטו. קודריאנו העיד במשך שמונה שעות וניסה לשכנע שפעולותיו הלא חוקיות היו מופנות נגד הבולשביזם ולא נגד המדינה. בין עדי ההגנה היה גם גנרל יון אנטונסקו. אנטונסקו, המקורב ללגיונרים תיווך בין הממשלה ובין הלגיונרים. התנועה הלגיונרית הלכה והתחזקה לאורך שנות ה-30 של המאה ה-20 ונקטה בצעדים טרוריסטיים נגד היהודים, העובדים המאורגנים ומתנגדיה הפוליטיים. הטרור הלגיונרי כלל רציחות והפחדת המערכת המשפטית עד כדי זיכוי הרוצחים. כצעד נגד הטרור הלגיונרי, הכריז המלך על דיקטטורה, מנהיגי הלגיונרים נרדפו וחלקם, בראשות קודריאנו, נעצרו ובאמתלה של ניסיון בריחה, נרצחו. ב-1940 פקד את רומניה משבר קשה, לאחר פלישת גרמניה הנאצית לארצות השפלה ולצרפת (במאי 1940) ונסיגת הצבא האנגלי מיבשת אירופה יצרו מצב בו אבדו כל בעלי הברית של רומניה ואויביה/שכניה ניצלו זאת עד תום. ברית המועצות תבעה באולטימטום את פינוי הצבא והשלטון הרומני מבסרביה וצפון בוקובינה וסיפחה אליה את הטריטוריה ללא מלחמה (בשלהי יוני 1940). בתכתיב וינה אולצה רומניה למסור להונגריה חלק מחבל טרנסילבניה ולבולגריה חלק מדוברוג'ה, שוב ללא מלחמה (בשלהי אוגוסט 1940). בעקבות המחאה העממית שהתעוררה, מינה מלך רומניה, קרול השני את אנטונסקו לראש ממשלת רומניה, פיזר את הפרלמנט והעניק לאנטונסקו סמכויות נרחבות.
ב־5 בספטמבר 1940 אילץ אנטונסקו את המלך לוותר על כתרו, ולהעביר את שרביט המלוכה לבנו, מיכאי הראשון. למלך החדש ניתנה סמכות ייצוגית בלבד, ואנטונסקו, שהתמנה לנשיא מועצת השרים, הפך למעשה לראש המדינה (הוא כינה את עצמו "קונדוקטורול" מילה שמשמעותה בעברית היא: המנהיג, המוביל). אנטונסקו הקים ממשלה ביחד עם התנועה הלגיונרית, הוריה סימה התמנה לסגן נשיא מועצת השרים ורומניה הוכרזה ל"מדינה לאומית-לגיונרית" אך השרים העיקריים ו"אנשי המפתח" היו מקורבים עליהם סמך. תקופת שלטון זאת ידועה בשם "מדינת הלגיונרים".
אנטונסקו ביצע בצבא רפורמות מרחיקות לכת, ובין השאר פיטר 164 קצינים בכירים שנחשבו כמזוהים עם המשטר הישן. בהמשך אנטונטסקו אימץ גישה חשדנית יותר ויותר כנגד התנועה הלגיונרית עקב התעמולה הלגיונרית, ואסר על מעורבותם של קציני הצבא בפוליטיקה. שיתוף הפעולה בין אנטונסקו ובין התנועה הלגיונרית היה קצר יומין: התנועה מרדה בשלטונו ב-21 בינואר - 23 בינואר 1941, מרד שדוכא על ידי הצבא שנשאר נאמן לאנטונסקו ובהסכמה שבשתיקה של היטלר. ב-17 בפברואר 1941 בוטלה רשמית המדינה הלאומית-לגיונרית ואנטונסקו ביצר את משטרו הרודני הפשיסטי ואילו המלך מילא תפקיד ייצוגי בלבד.
תוך שאיפה להשיב לרומניה את המחוזות שנלקחו ממנה הוביל אנטונסקו את רומניה לשיתוף פעולה הדוק עם גרמניה הנאצית בפלישה לברית המועצות ביוני 1941, ובדצמבר של אותה שנה הכריז מלחמה גם נגד ארצות הברית ובריטניה.
ממשלות אנטונסקו.
הממשלה הראשונה, שהרכיב אנטונסקו, כיהנה בימים שבין 4 ל-14 בספטמבר 1941. לאחר ממשלה זו הרכיב אנטונסקו את הממשלה השנייה, ממשלה משותפת עם התנועה הלגיונרית בראשות הוריה סימה - ממשלה זו פעלה מ-14 בספטמבר ועד פרוץ מרד הלגיונרים ופרעות בוקרשט. הממשלה השלישית של אנטונסקו הייתה מורכבת ממועצת השרים שהיו בשלטון מ-27 בינואר 1941 ועד 23 באוגוסט 1944.
חברי הממשלה העיקריים:
על צמרת השלטון נמנו גם האישים:
סגן שר המשטרה הגנרל יון פופסקו, ולאחריו הגנרל קונסטנטין וסיליו, הקומיסר לענייני יהודים ראדו לקה, מושל בוקובינה הגנרל אלכסנדרו ריושאנו, והבאים אחריו הגנרל קורנליו קלוטסקו ולבסוף הגנרל קורנל דרגלינה, מושל בסרביה הגנרל קונסטנטין וויקולסקו, מושל טרנסניסטריה הגנרל גאורגה אלכסינו והבא אחריו הגנרל גאורתה פוטופינו.
הברית עם גרמניה הנאצית - מלחמת העולם השנייה.
אנטונסקו כרת ברית עם גרמניה הנאצית מתוך שנאה לבולשביזם הרוסי. בנובמבר 1940 נפגש בברלין עם היטלר ועם שר החוץ הנאצי ריבנטרופ לצורך חיזוק הברית בין גרמניה לרומניה. גרמניה הבטיחה לספק לרומניה מטוסי קרב מסוג מסרשמידט 109, טנקים, טרקטורים, תותחים נגד טנקים, תותחים נ"מ, רובים אוטומטיים ונשק אחר, ואילו רומניה התחייבה לספק חיטה ונפט לגרמניה הנאצית. בפגישה נוספת, בינואר 1941, סוכם על מעבר כוחות גרמניים מהונגריה דרך רומניה לכיוון החזית האיטלקית בחבל הבלקן.
אנטונסקו כרת את הברית מתוך תקווה לכבוש מחדש את בסרביה ואת צפון בוקובינה. הוא קיווה גם שעם כניסת רומניה למלחמה בחזית המזרחית, יוכל להחזיר לידי רומניה את חבל צפון טרנסילבניה (שסופח להונגריה) בתמיכתו של היטלר. ברית זאת הבטיחה אספקה יציבה של נפט מרומניה למכונת המלחמה הנאצית. למעשה רומניה של אנטונסקו תמכה בגרמניה הנאצית יותר מיתר מדינות הציר גם יחד.
במאי 1941 נפגש אנטונסקו עם היטלר וריבנטרופ במינכן, לצורך סיכום ותיאום המתקפה על ברית המועצות. הגרמנים דרשו מעורבות פעילה של הרומנים בלחימה בתמורה להחזרת בסרביה וצפון בוקובינה לרומניה. את ההחלטה להצטרף למתקפה הנאצית ולפלוש לברית המועצות קיבל אנטונסקו ללא התייעצות עם שריו או עם המלך מיכאי, שקיבל את הידיעה רק ב־22 ביוני. אף על פי כן, הייתה לאנטונסקו תמיכה נרחבת בדעת הקהל ובקרב רוב המפלגות הפוליטיות, למעט המפלגה הקומוניסטית הרומנית הזעירה.
צבא רומניה הצטרף לוורמאכט ופלש לעומק ברית המועצות במסגרת החזית הדרומית במבצע ברברוסה. אף על פי שהקדיש את רוב שנותיו לצבא, נכשל אנטונסקו בהכנה למלחמה. כדי לרצות את היטלר, נשלחו דיוויזיות רבות לקרב כשאינן מצוידות כראוי, והגרמנים ציידו חלק מהן רק לפני היציאה לקרב. הקרב על סטלינגרד גבה קורבנות רבים בצבא הרומני. אחרי קרב זה פתח הצבא הסובייטי במתקפת נגד, שהסתיימה רק עם כניסתו לברלין בסוף המלחמה. במהלך המתקפה נהדפו הכוחות הרומניים והגרמניים לאחור. בעקבות המפלות הידרדרה באופן חד הפופולריות של אנטונסקו בארצו.
כישלונו בניהול המלחמה.
אנטונסקו אחראי לכך שבמהלך מלחמת העולם השנייה נשלחו לחזית דיוויזיות רומניות ללא ציוד וכלי נשק בכמות מספקת. הארמייה השלישית הוכפפה לפיקודו המלא של הצבא הגרמני, ותחת פיקודו הישיר של אנטונסקו נותרו רק הארמייה הרביעית והקורפוס השני, אך אנטונסקו שימש (לפחות להלכה) כמפקד החזית בבסרביה, כולל היחידות הגרמניות.
אנטונסקו התעמת עם קציני הצבא הבכירים ובינואר 1942 פיטר את הגנרל יוסף יעקוביצ'י. הגנרל התנגד לכוונתו של אנטונסקו למשלוח דיוויזיות רבות ככל האפשר לחזית בטרם צוידו כנדרש. בגלל ניסיונו לרצות את היטלר תרם אנטונסקו למותם של כחצי מיליון מחיילי הצבא הרומני. המספר הכללי של האבדות בנפש בקרב הרומנים הגיע, לפי ההערכות, לקצת פחות ממיליון.
מהלכיו של אנטונסקו בחזית המזרח סיבכו אותו גם עם בעלות הברית המערביות. ב-6 בדצמבר 1941 הכריזה בריטניה מלחמה על רומניה ובעקבותיה הלכו קנדה, ניו זילנד, אוסטרליה ודרום אפריקה, וב-4 ביוני 1942 - גם ארצות הברית. רומניה החליפה צד פעם נוספת, והצטרפה לבעלות הברית, רק אחרי נפילת משטרו של אנטונסקו.
נפילת משטרו.
במהלך כל ימי המלחמה שרר ברומניה אי-שקט פוליטי. למלחמה התנגדו הסוציאל-דמוקרטים, חברים במפלגת האיכרים ובמפלגה הלאומית הליברלית, הקומוניסטים ואף המלך עצמו.
אחרי מפלת הגרמנים בקרב סטלינגרד בתחילת 1943, חל מהפך הדרגתי בדעותיהם של חברי הממשלה, והם החלו לראות עין בעין עם מתנגדי המלחמה. הממשלה נקטה צעדים לפתיחת משא ומתן עם בעלות-הברית, תוך ניסיון להתנתק מגרמניה הנאצית. במגעים, שנערכו בין השאר ברומא, בברן ובאנקרה, ניסו הרומנים לפתוח במשא ומתן להסכם נפרד עם בעלות הברית המערביות, תוך המשך המלחמה במזרח. לאחר כישלון מגעים אלה פעל אנטונסקו להשגת הסכם שלום כולל שיכלול גם את ברית המועצות.