In qualità di tenente, Antonescu prese parte alla repressione della rivolta dei contadini del 1907 in Romania nella città di Galați e nei dintorni. Nel 1913 partecipò alla seconda guerra dei Balcani contro la Bulgaria, ottenendo la più alta decorazione militare romena. Durante il coinvolgimento romeno nella Prima guerra mondiale (1916-1918), Antonescu funse da Capo di Stato Maggiore del maresciallo Constantin Prezan. In questa posizione fu l'artefice della riuscita difesa romena della Moldavia dal tentativo di invasione da parte delle truppe tedesche guidate dal maresciallo di campo von Mackensen, nella seconda metà del 1917. Il resto della Romania era già stato occupato dai tedeschi alla fine del 1916.