Kierownik rosyjskiej misji prawosławnej w Jerozolimie W 1865 został tymczasowym kierownikiem rosyjskiej misji prawosławnej w Jerozolimie, zaś w 1869 mianowano go jej kierownikiem na stałe. Znajomość języków wschodnich, języka greckiego oraz talent dyplomatyczny umożliwiły mu znaczącą poprawę sytuacji misji, która w momencie jego przybycia była znacząco niedofinansowana i pozostawała w konflikcie z prawosławnym Patriarchatem Jerozolimskim. Dzięki pozyskaniu prywatnych darów archimandryta Antonin zakupił w Jerozolimie szereg terenów związanych z historią biblijną. Pozyskał m.in. teren sąsiadujący z dębem uznawanym za Dąb Abrahama, gdzie utworzył monaster Trójcy Świętej i Świętych Praojców, i ziemię na terenie Góry Oliwnej, gdzie powstał monaster Wniebowstąpienia Pańskiego. W En Kerem utworzył kolejny żeński monaster, zaś w Jafie wzniósł cerkiew św. Piotra. Na miejscu każdej budowy prowadził uprzednio badania archeologiczne. W 1883, na polecenie wielkiego księcia Sergiusza Aleksandrowicza, przewodniczącego Cesarskiego Prawosławnego Towarzystwa Palestyńskiego, przeprowadził badania archeologiczne na gruntach przylegających do bazyliki Grobu Pańskiego, odkrywając fundamenty bazyliki z IV w. Również na polecenie wielkiego księcia Sergiusza archimandryta Antonin pokierował budową cerkwi św.