Bei den Konferenzen von Jalta und Potsdam trat Antonow als Sprecher der militärischen Führung der Sowjetunion auf. Als Wassilewski Mitte Februar 1945 die 3. Weißrussische Front in Ostpreußen übernehmen musste, weil sein Vorgänger Armeegeneral Iwan Tschernjachowski am 18. Februar gefallen war, übernahm Antonow die Funktion des Generalstabschefs. Er nahm diese Funktion auch noch nach der Kapitulation Deutschlands wahr, da Wassilewski mit der Kommandoführung der Operation Auguststurm in Fernost beauftragt worden war.