I 31 e.Kr. avslørte Antonia en sammensvergelse mot keiser Tiberius, som levde avsides i Capri, av den beryktede prefekt Sejanus, og hennes egen datter Livilla. Det ble hevdet at Livilla hadde forgiftet sin ektemann, Tiberius sønn Drusus Julius Cæsar, og hadde inngått et seksuelt forhold til Sejanus. Hensikten var å fjerne Tiberius og Caligula, og selv gjøre seg til keiser. Antonia sendte et brev til keiseren som advarte ham. Brevet ble fraktet av hennes frimann Pallas, som senere ble rik og innslytelsesrik under Claudius. Tiberius reagerte raskt ved å instruere senatet til å innkalle Sejanus. Der ble han fordømt, fjernet og henrettet. Livilla delte hans skjebne. Det ble hevdet at Tiberius var villig til å spare hennes liv, men Antonia administrerte en rask og nådeløs straff for sin datter. Hun stengte henne inne på et rom og lot henne antagelig sulte ihjel.