В апреле 1918-го ЧК раскрывает эсеровский заговор в Кирсанове. Находясь в отпуске, Антонов, узнав о расстреле нескольких заговорщиков, предпочел скрыться «в неизвестном направлении». Летом 1918-го он собрал небольшой отряд из местных эсеров и крестьян Кирсановского уезда, выступивших против мобилизации в Красную армию, – Боевую дружину. Дружина убивала комиссаров и продотрядовцев, грабила государственные кассы. К ноябрю 1918-го в дружине насчитывалось 150 боевиков. Летом 1919 года в лесах Тамбовщины Антонов собрал двухтысячную «армию», но у большинства из них не было огнестрельного оружия. В мае 1920-го на Тамбовщине собралась «зеленая армия» – до 5 тысяч повстанцев и дезертиров, которые прятались в густых лесах от Кирсанова до Моршанска.

Антоновское восстание вспыхнуло во второй половине августа 1920 года в знак протеста против продразверстки, восстали несколько десятков деревень Тамбовского, Борисоглебского, Козловского, Кирсановского уездов. В конце августа 1920 года у повстанцев насчитывалось несколько десятков тысяч бойцов. В начале сентября 1920-го Антонов занял Инжавино, 8 тысяч повстанцев шли на Тамбов. Но большая часть восставших была вооружена только пиками, вилами, топорами… лишь у четврех тысяч бойцов имелось стрелковое оружие, и на всю «армию» – ни одной пушки, всего 4 пулемета. Отсутствие оружия, патронов, снарядов вынудило повстанцев отступить от Тамбова. Отряды антоновцев совершали налеты на совхозы и коммуны, ссыпные пункты, местные органы власти, уничтожали средства связи, взрывали железные дороги, мосты, сжигали железнодорожные станции. На Тамбовщине было уничтожено свыше 50 коммун, 11 заводов. Восставшие убивали коммунистов, советских служащих и продотрядовцев. В советских источниках указывалось, что повстанцы казнили свыше двух тысяч советских работников и коммунистов. К середине октября 1920-го восстало 20 тысяч крестьян Тамбовщины, восстание приобрело организационные формы и распространилось на огромной территории шести уездов губернии. Количественный состав повстанческой армии колебался от 20 до 40 тысяч человек (с учетом местных отрядов крестьянской самообороны), при этом у них было 4–10 орудий, 10–70 пулеметов. С начала декабря 1920 года армии Антонова перешли к активным боевым действиям.

Антонов именовал себя Начальником Главного оперативного штаба Объединенной народной партизанской армии Тамбовского края, но фактически был главарем восстания. Официально он был избран Главным атаманом 14 ноября 1920-го на собрании командиров партизанских полков. С 5 марта 1921 года войсками объединенных армий командовал сам атаман Антонов (до него – Токмаков). Объединенная армия восставших структурировалось в 27 полков, сведенных в 1-ю и 2-ю армии. В 1-й армии было 17 полков, во 2-й – 8. Постоянно стремясь к расширению восстания, Антонов пытался наладить связи и заручиться поддержкой атаманов других повстанческих армий: Махно, Булак-Булаховича, Колесникова. Отряды атамана Колесникова иногда называли 3-й Конно-партизанской армией Тамбовского края, хотя эта армия и действовала в соседней Воронежской области, не подчиняясь атаману Антонову.

Военные действия антоновцев носили партизанский характер, отряды прятались в густых лесах – в прекрасных природных укрытиях, «базовые» села были тайным тылом повстанцев. Этот тыл держался на тесных связях с местным населением. Тамбовские повстанцы создали своеобразную «крестьянскую республику» на территории Кирсановского, Борисоглебского, Тамбовского уездов со столицей в селе Каменка. Тактика повстанцев – внезапные нападения на мелкие отряды Красной армии, полное окружение противника.

К январю 1921 года восстание на Тамбовщине достигло наибольшего размаха, тамбовцев поддержало крестьянство пограничных уездов Воронежской, Пензенской, Саратовской губерний. Конница Антонова кружила у Тамбова, угрожая городу налетами. Однако наступление повстанцев на трех направлениях привело к потери управления и к распылению сил. Антонов увел часть армии в Саратовскую губернию, надеясь поднять восстание местных крестьян. Отдельные части антоновцев двинулись в Пензенскую губернию. Попытки распространения восстания за границы Тамбовщины оказались тщетными.

В марте 1921 года повстанцам было нанесено серьезное поражение, в ходе которого антоновцы потеряли почти все свои орудия, половину пулеметов, 5 тысяч бойцов. Не в силах бороться с крупными регулярными частями красных после ряда поражений части повстанцев разбились на небольшие отряды. В боях 2–9 июня 1921-го автобронеотрядом и «летучими» красными кавалеристами была разгромлена 2-я армия Антонова. В июле 1921 года Партизанская армия, потеряв 5 тысяч убитыми, ранеными и пленными, была полностью разгромлена, и у Антонова осталось не более 2 тысяч бойцов. Антонов отдает приказ о прекращении всеобщего восстания, согласно которому боевые отряды повстанцев должны были разделиться на мелкие группы и скрыться в лесах или разойтись по домам. Однако Главный штаб Повстанческих войск Тамбовского края был расформирован только в декабре 1921-го. Тогда же Антонов и сам «ушел в подполье», скрываясь в лесах Тамбовщины. 24 июня 1922 года атаман Антонов и его брат Дмитрий были убиты в перестрелке с чекистами.

Из воспоминаний чекиста М. Покалюхина «По следам Антонова» (Сборник «Антоновщина». – Тамбов, 1923) «…24 июня, в середине дня, я получил сведения о том, что Антоновы пришли к Катасоновой и пробудут у нее дотемна, а потом опять уйдут в лес… Нас было семь человек. Вооружение – наганы, несколько карабинов и граната «мильс». Мы замаскировались под плотников: карабины завернули в мешки, наганы спрятали под рубахи, в руки взяли топоры и пилы… я пригласил начальника местной милиции Кулакова сопровождать нас. Он должен был идти в стороне от нас и, в случае какой-нибудь задержки, вмешаться, чтобы помочь нам продолжать путь. Время уже клонилось к вечеру, когда мы подошли к дому Катасоновой… Я сильно постучал в дверь вторично. Она несколько приоткрылась, и через образовавшуюся щель два раза выстрелили из браунинга. Дверь захлопнулась и снова была заперта. Я приказал стоявшему около меня Санфирову метнуть в окно гранату. Брошенная «мильс» попала в оконный переплет, отскочила в нашу сторону, но мы успели скрыться за угол дома, и взрыв не причинил нам вреда. Антоновы открыли из окон огонь по нашим постам из своих маузеров. Они поняли, что окружены. Время не позволяло нам медлить (надвигалась темнота), и я приказал поджечь соломенную крышу дома. Пламя охватило крышу. Антоновы вели непрерывный огонь по нашим постам, а мы, обстреливая окна дома, предлагали им сдаться. Тем временем крыша рухнула, дым стал проникать через потолок в дом. Антоновы должны были вот-вот выскочить наружу. Я перебегал от одного поста к другому, наказывая смотреть в оба. Но вот мне подают сигнал, что один из постов оказался оголенным: ретировался неизвестно куда начальник милиции Кунаков…

Чтобы не оставить этот пост открытым, я поспешил к нему через двор кулака Иванова. Только я выбежал из калитки, как увидел, что Антоновы уже на улице, стоят рядом и с руки, с локтя стреляют по нашему посту, пробивая путь к бегству. Я обстрелял Антоновых из своего пистолета кольт, и они направили огонь в мою сторону. Они оказались между мной и нашими постами, так что последние не могли продолжать стрельбу, рискуя попасть в меня. Бандиты были вооружены лучше, чем я: у них было два маузера и два браунинга, а у меня только один кольт, поэтому мне пришлось податься обратно во двор Иванова. Антоновы последовали за мной, но тут на помощь мне подоспели сперва Ярцев, а потом и Санфиров, и мы прижали бандитов на задворках. И вот наша пуля угодила Антонову в подбородок. Получив легкое ранение, Антонов, а за ним и его брат перемахнули через забор двора и, без обуви, в одних шерстяных носках, бросились бежать огородами в сторону густого конопляника, к лесу. Момент был очень опасным – бандиты были на пути к спасению. Мы пересекли им путь, и между нами снова завязалась перестрелка. Антоновы упали оба сразу, как по команде. Мне показалось даже, что они сделали это для того, чтобы подпустить нас ближе и бить в упор. Но мои опасения оказались напрасными. Антоновы были убиты».