В ряды Рабоче-Крестьянской Красной Армии В. Д. Антонов был призван Волынским районным военкоматом Орловской области в декабре 1941 года. Окончил школу младших командиров, освоил воинскую специальность пулемётчика. В боях с немецко-фашистскими захватчиками сержант В. Д. Антонов с 14 января 1943 года на Воронежском фронте в должности командира отделения пулемётной роты 1-го стрелкового батальона 86-го стрелкового полка 180-й стрелковой дивизии 3-й танковой армии. Боевое крещение получил под Россошью во время Острогожско-Россошанской операции. В составе своего подразделения освобождал город Россошь. В ходе начавшейся в феврале 1943 года Харьковской операции 180-я стрелковая дивизия была переподчинена 69-й армии и принимала участие в освобождении Харькова. В результате немецкого контрудара под Харьковом дивизия отступила в Сумский район Сумской области, где в составе 38-й армии удерживала позиции до лета 1943 года. Сержант В. Д. Антонов участвовал в оборонительной фазе Курской битвы и Белгородско-Харьковской операции. Особо отличился в Битве за Днепр.