20 июля Котовский и перебежчик Эктов организовали засаду под видом «съезда повстанцев». На этом «съезде» красные истребили членов штаба Матюхина, но самому атаману удалось скрыться. Хотя Котовский отправил в центр телеграмму о том, что Матюхин «сожжен в амбаре», а 200 повстанцев уничтожено, при потерях красных в четыре бойца, атаман продолжал борьбу. К сентябрю 1921 года Матюхин вновь руководил отрядом в 100–120 повстанцев. Но в октябре того же года он был убит засланными в его отряд чекистами. Летом 1921 года были также убиты Плужников и атаман Карась.
В начале июля 1921 года атаман Антонов издал приказ, согласно которому боевым отрядам повстанцев предлагалось разделиться на небольшие группы и скрыться в лесах или разойтись по домам. Восстание распалось на ряд мелких, изолированных очагов. К концу июля в отрядах антоновцев осталось не более 1500 бойцов. Тогда же, после рапорта о «полной ликвидации антоновщины», с Тамбовщины были отозваны Антонов-Овсеенко и Тухачевский.
В августе 1921 года чекисты узнали, что Антонов с группой бойцов скрывается в лесу у села Рамза. Лес был оцеплен и прочесан силами кавдивизиона котовцев, роты московских курсантов, но сам Антонов обнаружен не был. Когда к месту, где прятался атаман, стала приближаться цепь красноармейцев, Антонов приказал шестерым повстанцам пойти навстречу оцеплению и сдаться. Расстрелять их, как добровольно сдавшихся, не должны были, а об атамане они обещали молчать. Арестовав шестерых антоновцев, красные сняли оцепление, а Антонов благополучно вырвался «на оперативный простор».
На осень и зиму 1921/22 года на территории Тамбовской губернии большевиками были оставлены две дивизии и отдельная бригада. Власти поделили всю губернию на шесть боеучастков. Самыми неспокойными были 2-й и 3-й участки, где еще действовали отряды атаманов Протопопова, Шохина, Комара, Бобыля, Гришина, Шамова, Птичьего, Канищева, Спиридонова, Миронова. Наиболее активной из них была бригада повстанцев под общим руководством атамана Александра Протопопова.
Главный штаб повстанческих войск Тамбовской губернии был по приказу Антонова расформирован только в декабре 1921 года. Тогда же братья Антоновы ушли в подполье — проживали в лесах, в апреле 1922 года они появились в лесу в районе села Нижний Шибряй Борисоглебского уезда. Еще в 1919-м Александр Антонов скрывался в этом селе от красных под именем Михаил Наумов. В следующем месяце он заболел малярией и временно прекратил организаторскую деятельность.
В селе Нижний Шибряй у Антоновых были помощники: лесник Ломакин предоставил братьям лесные сторожки, бывший член РКП(б) Немтинов осуществлял связь с повстанческим подпольем, председатель сельсовета Касьянов снабжал их поддельными документами.
В июне 1922 года чекисты выследили временное убежище Антонова в селе Нижний Шибряй. Александр и Дмитрий Антоновы скрывались в лесной избушке возле этого села, но через некоторое время они осмелели и стали наведываться в дом на окраине села, где проживала одинокая женщина — малоимущая и малограмотная вдова Наталья Катасонова, забеременевшая от атамана Антонова.
Деревянный, крытый соломой дом Катасоновой ничем не отличался от других домов деревни, но кусты и густой бурьян скрывали тайную тропку в лес, по которой в село незаметно приходили Антоновы.
24 июня дом Катасоновой был окружен группой тамбовских чекистов. В операции среди прочих участвовал Яков Санфиров — бывший командир Особого полка Антонова, добровольно сдавшийся красным вместе с полком в мае 1921 года. Санфиров был участником Первой мировой, георгиевским кавалером, дослужился до прапорщика. С июня 1921 года его «амнистированный» отряд использовался как истребительное подразделение в борьбе против повстанцев атамана Уткина.