Части Красной Армии стали наносить антоновским бандам один за другим ощутимые удары. И Антонов принимает решение уйти в Саратовскую губернию. Но вырваться из окружения ему не удалось: на его пути встали кавалерийские бригады Г.И. Котовского, М.П. Ковалева, В.И. Дмитриенко, три бронеотряда Уборевича. Основные силы антоновцев были разбиты. А вскоре недалеко от деревни Киселевки красноармейские части окружили и уничтожили почти полностью кавалерийский полк, которым командовал сам Антонов. Главарю восстания удалось спастись, но 2-я армия мятежников рассыпалась на мелкие группки, которые были затем ликвидированы с помощью местных жителей.
После этого конница, пехота и автобронеотряды начали наступление на 1-ю армию мятежников, командовал которой Богуславский. Первые бои сложились неудачно. Хитрый и умелый, Богуславский выскользнул из кольца, переправился на левый берег Хопра - в Воронежскую губернию. Но вскоре и его армия была разбита, а сам он погиб.
Теперь лишь одна серьезная банда повстанцев оставалась на Тамбовщине - 14-й и 16-й полки под командой Ивана Матюхина. Этот матерый бандит был очень осторожен и хитер, он претендовал на первую роль в тамбовском мятеже и с Антоновым конфликтовал. Он и его банда с особой жестокостью расправлялись с коммунистами и пленными красноармейцами.
Пока партия проводила политические акции по разъяснению крестьянам антинародной сути антоновщины, а части Красной Армии громили бандитов, незаметные операции чекистов приносили огромную пользу. Их было много, тех операций, и одна из них, самая крупная, закончилась арестом главарей антоновщины.
Началась она еще до сосредоточения сил Красной Армии для решительного удара. По поручению Ф.Э. Дзержинского начальник отдела по борьбе с контрреволюцией ВЧК Т.П. Самсонов и его заместитель Т.Д. Дерибас разработали детальный план проникновения в логово Антонова. Выбор пал на Е.Ф. Муравьева, левого эсера, который порвал со своей партией и перешел на позиции большевиков.
В марте 1921 года Муравьев со своей ближайшей помощницей М. Ф. Ципляевой с ведома и согласия Воронежского губкома РКП (б) стал готовить членов левоэсеровской организации к коллективному переходу в партию большевиков. Однажды Муравьева и Ципляеву пригласил к себе председатель Воронежской губчека Д.Я. Кандыбин.
Муравьев принял предложение чекистов и по отработанному плану начал создавать видимость активизации работы левоэсеровской организации. Дело в том, что ожидался приезд в Воронеж эмиссара Антонова, вот и нужно было ему подготовить «встречу».
Вскоре в Воронеж приехал собственной персоной начальник антоновской контрразведки Герасев (псевдоним - Донской), очень осторожный и опытный в своем деле человек. Но и он уверовал в реальность мощной организации.
Заключительным аккордом, рассеявшим все сомнения, была встреча Муравьева (в присутствии, конечно же, Донского) с членами ЦК левых эсеров. Их роли хорошо исполнили воронежские большевики Попов и Семенов.
«Члены ЦК» в присутствии Донского передали Муравьеву «директиву ЦК» о необходимости объединения всех антибольшевистских сил. Они сообщили, что сейчас объединяют свою антибольшевистскую работу левые и правые эсеры, народные социалисты, анархисты, меньшевики, что ведутся даже переговоры с кадетами. Для обсуждения этого вопроса в ближайшее время в Москве якобы состоится всероссийский левоэсеровский съезд, а вслед за ним намечено созвать в Москве съезд представителей всех антибольшевистских армий.
Антоновцам предлагалось послать на него своих представителей.
Провести собрания в антоновских полках, и затем конференцию, на которой избрать делегатов, «члены ЦК» уполномочили Муравьева. Донской принял это как должное и дал Муравьеву пароли и явки в Тамбове, через которые можно было попасть к антоновцам.
Начался последний, самый сложный и самый опасный для Муравьева этап игры. Полтора месяца он находился в логове антоновщины, проводил собрания и встречи, а все полученные данные передавал в «ЦК левых эсеров» - чекистам.
Чекисты тем временем организовали встречу Федорова-Горского в Москве с «представителем Деникина» и «членами штаба московских боевых сил» (роль «представителя» играл Т. Самсонов), а вслед за Федоровым «пригласили» в Москву Герасева-Донского. Взаимные доклады на конспиративных совещаниях, задушевные беседы раскрыли полностью коварные планы, которые вынашивала антоновская верхушка. Они готовили даже поход на Москву, мечтали о захвате Кремля. Пусть на несколько дней, но, по их мнению, этого было достаточно, чтобы всколыхнулась вся Россия.
Все ценные сведения о дислокации и вооружении бандитских полков и армий, которые получили, чекисты, затем использовались для проведения войсковых операций частями Красной Армии.
Успешно закончилась полуторамесячная командировка к Антонову и у Муравьева. И хотя Антонова не удалось вывезти в Москву на «съезд», он привез с собой Ишина - его правую руку - и Эктова, заместителя начальника антоновского штаба, одного из главных военных руководителей мятежа.