В ноябре 1942 года Алексей Антонов был назначен начальником штаба Закавказского фронта. По окончании победоносной Битвы за Кавказ и в результате победы на Волге складывались благоприятные условия для освобождения Северного Кавказа. Штаб фронта занимался подготовкой планов предстоящего наступления. В числе прочего Антонов занимался формированием «национальных» дивизий. За короткий период пребывания Антонова на этом посту было создано 19 таких дивизий и 211 истребительных батальонов. Уже в начале декабря Начальник Генерального штаба Василевский предложил Антонову должность своего заместителя — начальника Оперативного управления Генштаба, добавив, что его кандидатуру одобрил Сталин. 11 декабря Антонов прибыл в Москву.