Уйдя в глубокое подполье, Антонов внешне совершенно прекратил всякую борьбу. Не организовывал новых отрядов и не проводил никаких террористических актов и "экспроприации". Никому не мстил. Ни коммунистам, ни своим бывшим и довольно близким сподвижникам, добровольно или вынужденно переметнувшимся теперь на сторону противника и даже активно сотрудничавшим с чекистами.
А последние ни на один день не прекращали настойчивые поиски следов Антонова, будучи почему-то уверенными, что Александр Степанович не ушел с Тамбовщины. Непосредственное руководство чекистским розыском осуществлял начальник секретного отделения Тамбовской губчека, а с 1922 года - заместитель начальника Тамбовского губотдела ГПУ Сергей Титович Полин, назвавший в своих воспоминаниях Антонова человеком "с громадной бандитской наглостью и смелостью". Далее Полин писал:
"Первые сведения о нем были получены осенью 1921 г., когда он со своим братом перешел на отдых в "родные" места Кирсановского уезда. Неудачный подход к делу и недостаточная ориентировка привели первоначальную работу по его поимке к тому, что Антонов окончательно "смылся" с глаз Чека и стал еще осторожнее. Старый прожженный авантюрист, находившийся большую часть своей жизни в подполье, был слишком хитер, чтобы к нему "подъехать на козе".
Да, Антонов был предельно осторожен, и неоднократные попытки чекистов "выйти" на него всякий раз кончались ничем. Так, еще в начале антоновщины, осенью 1920 года, тамбовские чекисты с нулевым результатом провели операцию "Сестра". 6 октября они арестовали в городе Моршанске Тамбовской губернии жену Антонова, Софью Васильевну Орлову-Боголюбскую, которая, после поспешного отъезда из Дашково в августе 1918 года, проживала некоторое время в Тамбове у своей матери, затем в селе Верхний Шибряй Борисоглебского уезда /сюда к ней приезжали Антонов и ее неродной по отцу брат Александр Алексеевич Боголюбский/, в селе Никольское Воронежской губернии и, наконец, в Моршанске, где сначала устроилась работать конторщицей местного союза кредитных и досберегательных товариществ, а с сентября 1920 года - счетоводом Моршанского союза единых рабоче-крестьянских потребительных обществ.
Полностью склонить Софью к сотрудничеству чекистам не удалось, но они все-таки добились от нее /в обмен на освобождение, состоявшееся 22 октября 1920 года/ написания записки Антонову с просьбой встретиться в Тамбове, в доме ее матери на Красной улице. Так как выпускать жену Александра Степановича из Тамбова чекисты сочли нерезонным, то разыскать Антонова и передать ему записку было "доверено" .сестре Софьи, Клавдии Алексеевне Латышевой, что та и сделала. Однако Антонов на встречу с женой не поехал, а отделался короткой ответной запиской, в которой слегка пожурил свою Соню за необдуманную попытку оторвать его от руководства восстанием в столь напряженный момент. Антонов написал также, что о его приезде в Тамбов "и речи быть не может", ибо "кругом война, за которую в некоторой степени ответственность ложится на меня".
Естественно, что эта неудача чекистов не остановила. В марте 1921 года за поимку Антонова взялась уже ВЧК, вернее, ее отдел по борьбе с контрреволюцией, возглавляемый небезызвестным Тимофеем Петровичем Самсоновым. Зная, что Тамбовская губчека массовыми арестами "подозрительного элемента" в Тамбове в сентябре 1920 года /в числе арестованных оказался и шурин Антонова - А. А. Боголюбский/ окончательно оборвала и без того слабые связи антоновцев с партиями правых и левых эсеров. Самсонов решил на этом сыграть и выманить Антонова в Москву, на якобы созываемый там съезд руководителей повстанческих армий и крупных отрядов из разных регионов страны для координации дальнейшей борьбы с большевиками.
К этой операции ВЧК были подключены тамбовские и воронежские чекисты, а главным ее действующим лицом стал бывший видный функционер Рязанской и Воронежской эсеровских организаций Евдоким Федорович Муравьев, засланный к антоновцам под видом члена ЦК партии левых эсеров. Полтора месяца он находился в стане тамбовских мятежников и навредил им основательно. Помимо добытой им ценнейшей разведывательной информации о 2-й антоновской армии, в зоне действия которой он находился, Муравьев в самом конце июня 1921 года отправил в Москву, прямо в руки ВЧК, резидента антоновцев в Тамбове Дмитрия Федоровича Федорова, руководителя повстанческой контрразведки Н. Я. Герасева, заместителя Антонова по Главоперштабу Павла Тимофеевича Эктова, главного антоновского агитатора Ивана Егоровича Ишина и группу из восемнадцати повстанцев, направленную якобы в Тулу за оружием и арестованную в Москве при переходе с Павелецкого вокзала на Курский. Все эти арестованные /за исключением Эктова, согласившегося сотрудничать с чекистами / в конце июня были расстреляны как "неисправимые враги Советской власти". Через год П. Т. Эктов был застрелен неизвестным в Тамбове прямо на улице.