Когда Антонов-Овсеенко орудовал на Украине, там широко применялись массовые репрессии против «классовых врагов» и «националистов», еврейские погромы. Когда владельцы харьковских предприятий отказались выплатить рабочим заработную плату, протестуя против введения 8-часового рабочего дня, Антонов-Овсеенко посадил группу «буржуев» в вагон поезда и потребовал от них миллион наличными, угрожая в противном случае отправить их в рудники. Ленин с восторгом приветствовал такую акцию, направив Антонову-Овсеенко телеграмму: «…Особенно одобряю и приветствую арест миллионеров-саботажников в вагоне I и II класса. Советую отправить их на полгода на принудительные работы в рудники. Ещё раз приветствую вас за решительность и осуждаю колеблющихся».

Газом травил крестьян

В середине февраля 1921 года Антонов-Овсеенко был назначен председателем Полномочной комиссии ВЦИК по борьбе с крестьянским восстанием в Тамбовской губернии. Командующим войсками в Тамбовском округе был назначен Тухачевский. Под его командованием находились другие известные красные командиры, в том числе Котовский и Уборевич.

Антонов-Овсеенко так описывал террор против восставших крестьян: «В основу положена опять-таки оккупационная система… выделяются особо бандитские села, по отношению к которым проводится массовый террор – таким селам выносится особый «приговор», в котором перечисляются их преступления перед трудовым народом, всё мужское население объявляется под судом реввоентрибунала, изъемлются в концентрационный лагерь все бандитские семьи в качестве заложников за их сочлена – участника банды, даётся двухнедельный срок для явки бандита, по истечении которого семья высылается из губернии, а имущество её (раньше условно арестованное) окончательно конфискуется. Одновременно производятся поголовные обыски и, в случае обнаружения оружия, старший работник дома подлежит расстрелу на месте».

Опубликованы документы, которые свидетельствуют о том, что предложение применить против тамбовских повстанцев боевые отравляющие вещества исходило от Полномочной комиссии ВЦИК, которую возглавлял Антонов-Овсеенко. В частности, в воззвании «Участникам бандитских шаек», опубликованном 11 июня 1921 г. и подписанном Полномочной комиссией, говорилось:

«Участники белобандитских шаек, партизаны, бандиты, сдавайтесь… Если укроетесь в лесу – выкурим. Полномочная комиссия решила удушливыми газами выкурить банды из лесов…»

На стороне Троцкого

Отличившись в деле травли газом тамбовских крестьян, «пламенный революционер» дал затем промашку. Выступил против Сталина и активно поддержал Льва Троцкого, примкнув к Левой оппозиции. 27 декабря 1923 года он направил в Политбюро письмо с предупреждением, что «если тронут Троцкого, то вся Красная Армия встанет на защиту советского Карно», грозя, что армия сможет «призвать к порядку зарвавшихся вождей».

В это время ходили слухи о возможности военного переворота, об устранении от власти партии Сталина. Однако «тройке» Зиновьев-Каменев-Сталин к середине января 1924 года удалось разгромить оппозицию и произвести кадровые замены в высшем военном руководстве,

Антонов-Овсеенко был направлен на дипломатическую работу, занимал должности полпреда в ряде восточноевропейских стран, был прокурором РСФСР и наркомом юстиции. В должности прокурора он способствовал установлению практики вынесения приговоров «по пролетарской необходимости».

Гибель «героя Октября»

Во время Гражданской войны в Испании был генеральным консулом СССР в Барселоне. В конце 1937 года Антонов-Овсеенко был отозван из Испании, после чего арестован НКВД.

Его сын Антон Антонов-Овсеенко писал: «…поздний вечер 11 октября 1937 г.