Однако антоновские «активисты» продолжали бандитские действия. Теряя влияние среди крестьян, они стали терроризировать и насильно принуждать их участвовать в мятеже. 27 апреля 1921 г. Политбюро ЦК РКП (б), учитывая изменение настроений крестьянства и начинающееся разложение антоновских банд, поставило перед командованием Красной Армии задачу ликвидировать бандитизм в Тамбовской губернии в течение месяца. В пораженные антоновщиной районы прибыли дополнительные войска, командующим всеми вооруженными силами на Тамбовщине по предложению В. И. Ленина стал М. Н. Тухачевский, а его заместителем И. П. Уборевич. Среди направленных в Тамбовскую губернию войск была и отдельная кавалерийская бригада прославленного героя гражданской войны Г. И. Котовского.
Главный штаб Красной Армии и руководство ВЧК разработали оперативный план быстрого разгрома антоновских банд. Видное место в плане отводилось чекистским мероприятиям. Чекисты, действуя вместе с войсками, должны были вести разведку в антоновском лагере, в освобожденных районах вылавливать скрывающихся бандитов и содействовать восстановлению работы советских учреждений. Ставилась задача проникнуть в лагерь антоновцев, захватить вожаков движения. Исполнение этих мероприятий поручалось работникам Секретного отдела ВЧК, которым в то время руководил Т. П. Самсонов, и чекистам Тамбовской и Воронежской губерний. Для ведения разведывательной работы в банды были направлены специальные агенты и оперативные работники, среди которых особенно отличался Е. Ф. Муравьев. Под видом председателя Воронежского комитета и члена Центрального комитета левоэсеровской партии Петровича он проник в логово антоновцев, вошел в доверие к их главарям и, пробыв среди них полтора месяца (май — июнь 1921 г.), успешно выполнял задание.
Об интересных деталях чекистских операций впоследствии рассказал секретарь Тамбовского губкома РКП (б) Б. А. Васильев. «Осенью 1920 года в Тамбове, — писал он, — были ликвидированы два областных эсеровских комитета, которые политически руководили восстанием. После этого разгрома, по всем данным, в городе не было эсеровской организации… Между тем антоновский главный оперативный штаб и волостные повстанческие организации получали из Тамбова весьма точные сведения о передвижениях Красной Армии. Из Тамбова же приходили в деревню политические директивы повстанцам и призывы не падать духом, так как «помощь близка», «в Москве и Питере власть большевиков уже свергнута» и т. д. В целях обнаружения источника и авторов этих документов были сделаны по Тамбову изъятия политически подозрительного элемента. Они обнаружили… что ключ к разгадке на этот раз надо искать не среди эсеров или меньшевиков, а правее.
Искусными приемами, пользуясь эсерами, которые перешли на нашу сторону, Чека раскрыла «секрет». Оказалось, что фактическим руководителем главного оперативного штаба повстанческой армии был некий Федоров — бывший тамбовский присяжный поверенный, бывший домовладелец и землевладелец, устроившийся под видом представителя Петроградской конторы по закупке лошадей… Федоров чрезвычайно искусно конспирировал. Он имел несколько квартир, держал связь с совработниками, изображал из себя самого последнего спекулянта, которому в высокой степени наплевать на все политические вопросы. Спекулянтом Федоров слыл недаром. Он широко спекулировал золотом и драгоценными камнями, а в последнее время еще и лошадьми, которые бандиты сдавали ему на комиссию для продажи. От бандитов Федоров тщательно скрывал свою настоящую физиономию. Для них он был «товарищ Горский», представитель центрального эсеровского комитета».
Чтобы ликвидировать шпионскую деятельность Д. Ф. Федорова, чекисты провели сложную операцию. Выступая под видом антоновцев, они вошли в доверие к Федорову и направили его в Москву для переговоров о совместной деятельности антоновцев с руководством некоей антисоветской «московской организации», могущей помочь антоновскому движению. Федорову дали «явку» в Москве… и он попал в чекистскую «ловушку»: в качестве «руководящего деятеля московской организации» в Москве его встретил начальник Секретного отдела ВЧК Т. П. Самсонов.
Федоров подробно рассказал Самсонову о состоянии и планах антоновского движения, после чего был арестован. Разоблаченный шпион вынужден был сознаться в своей преступной деятельности. Тогда-то и выяснилось, что он исподволь, втайне направлял антоновское движение в кадетское русло и пытался в этих целях связаться с центром кадетской партии через известного ему члена ЦК партии кадетов, бывшего крупного тамбовского землевладельца Н. М. Кишкина, проживавшего в Москве и работавшего в то время во Всероссийском комитете помощи голодающим.