Захваченный частями 38-й армии плацдарм, получивший название Лютежского, сыграл главную роль в освобождении города Киева. В дальнейшем в составе своего подразделения Василий Дмитриевич принимал участие в освобождении столицы Украины. Стремясь отбросить войска Красной Армии обратно за Днепр, в ноябре 1943 года немецкие войска перешли под Киевом в контрнаступление. В ходе Киевской оборонительной операции подразделения 38-й армии, защищавшей рубеж Житомир — Фастов, понесли тяжёлые потери. Во время этих боев В. Д. Антонов пропал без вести.