К октябрю части Деникина заняли практически всю Украину и Кубань, однако к концу осени стратегическая инициатива перешла к Красной армии. В январе 1920 года 15-я стрелковая дивизия принимала участие в Ростовско-Новочеркасской операции, оттеснив на запад войска генерала К. К. Мамонтова. 27 марта дивизия в числе других соединений 9-й армии овладела Новороссийском, после чего Антонов был назначен начальником штаба 45-й бригады в этой дивизии. В июне 1920 года 15-я стрелковая дивизия совершила марш в Южную Украину в район Каховки, где с ходу вступила в бои на Каховском плацдарме с частями армии П. Н. Врангеля. Лишь в августе дивизия перешла в наступление, форсировав Днепр и овладев каховским плацдармом. Затем 15-я стрелковая дивизия обороняла вместе с 51-й стрелковой дивизией этот плацдарм от непрекращающихся контрударов до октября, пока совместно с другими соединениями Юго-Западного фронта не перешла в наступление, окончательно разгромив войска белых на севере от Крыма.