Од априла 1943. године борила се на фронтовима Великог отаџбинског рата. Учествовала је са својим авиопуком у одбрани Стаљинграда и потом у борбама у Кубању. За своје подвиге у овим операцијама била је одликована Орденом црвене заставе. Потом је учествовала у борбама на Криму, а након тога је њен авиопук био пребачен на западни фронт, где је учествовао у операцијама за ослобођење Белорусије, балтичких држава и источне Пруске. Током ових борби Антоњина је учествовала у летовима у пару са пилотом Надеждом Федутенко. Године 1944. је постала члан Свесавезне комунистичке партије (бољшевика).