В августе 1943 года Алексею Иннокентьевичу дважды пришлось вылетать в районы боевых действий Воронежского и Степного фронтов. Здесь он встречался с командующими фронтами, представителем Ставки Жуковым. Им Антонов сообщал коррективы, внесенные в план завершения наступательных операций 1943 года, и наметки Генштаба на зимнюю кампанию.
В Генеральном штабе уже разрабатывался оперативный замысел, а затем и план действий кампании 1944 года.
Открывать кампанию намечалось на Ленинградском фронте наступлением на Выборг, затем подключался Карельский фронт, действия которого выводили из войны Финляндию. Сразу же активизировались действия в Белоруссии, рассчитанные на внезапность, а когда сюда будут стянуты резервы с юга, 1-й Украинский фронт начнет мощное наступление на львовском направлении.
План белорусской стратегической наступательной операции «Багратион» был разработан совместными усилиями Ставки ВГК, Генерального штаба, командования участвующих в ней фронтов. Белорусская операция стала важной вехой в жизни Антонова, в развитии его организаторских способностей, в признании за ним выдающегося стратегического дарования. Многие командующие войсками, приезжавшие в Ставку, приходили к Антонову и советовались с ним по всем вопросам подготовки боевых действий. Доклады, присылаемые Сталину представителями Ставки, обязательно имели копию «товарищу Антонову». Все знали, что Алексей Иннокентьевич предпримет по этим докладам все необходимое.
Разработка операции «Багратион» проводилась в строжайшей тайне, и полный ее объем знали только пять человек. Была проведена большая работа по дезинформации противника с целью убедить его, что направление главного удара следует ожидать на юге и в Прибалтике. Целью проводимой операции стало окружение и уничтожение в районе Минска крупных сил группы армий «Центр». За белорусскую операцию Алексей Иннокентьевич был награжден вторым орденом Суворова I степени.
Белорусская операция еще больше укрепила деловые взаимоотношения Антонова с Верховным главнокомандующим.
Открытие второго фронта прибавило работы Генеральному штабу. Теперь приходилось систематически информировать союзников о положении на советско-германском фронте, согласовывать объекты бомбовых ударов советской и союзной авиации, определять сроки действий и направление войск. Кроме этого, союзникам следовало решить и ряд политических проблем, таких, например, как выработка совместной политики в германском вопросе.
Вскоре Антонов был привлечен к работе в качестве военного представителя на Ялтинской конференции глав трех правительств. Он стал руководителем коллектива военных экспертов. К этой работе Алексей Иннокентьевич готовился скрупулезно, прорабатывал различные вопросы и ситуации, которые могли бы возникнуть в ходе работы конференции, изучал кипу различных документов и справок, чтобы знать любой вопрос до мельчайших подробностей. Он понимал, что союзники в первую очередь будут интересоваться ходом военных действий на советско-германском фронте и планами советского командования на будущее.
Ялтинская конференция начала свою работу 4 февраля 1945 года с обсуждения военных вопросов. Главы правительств СССР, США и Великобритании рассмотрели обстановку на европейских фронтах. О положении на советско-германском фронте информировал генерал армии Антонов. Он доложил о развернувшемся наступлении советских войск, которое началось 12 января 1945 года, раньше запланированного срока, по просьбе премьер-министра Англии. Это обращение было сделано ввиду тревожного положения, создавшегося на Западном фронте в связи с наступлением немецко-фашистских войск в Арденнах.
