Ростовская наступательная операция началась с переходом в контрнаступление под Ростовом сил 37-й, 9-й, 18-й армий 17 ноября 1941 года. Удар наносился в западном и юго-западном направлении в тыл 1-й танковой армии. Затем в наступление перешла и 56-я армия с юга. В ночь на 28 ноября был освобождён Ростов-на-Дону (был потерян 21 ноября), ко 2 декабря немецкие части были отброшены за реку Миус, где фронт стабилизировался. Об этой операции, одном из первых успешных наступлений Красной армии в войне, Антоновым была написана статья, оставшаяся неопубликованной. 13 декабря за успешную операцию Алексей Антонов был награждён орденом Красного Знамени, а 27 декабря ему было присвоено звание генерал-лейтенант. В первых числах января 1942 года Антонов со штабом занимался подготовкой Барвенково-Лозовской операции. Наступление советских войск юго-восточнее Харькова продолжалось 18—31 января и также увенчалось успехом.