5 апреля 1853 г. о. Антонин был возведен в сан архимандрита.
Время пребывания в Афинах это и время знакомства с миром. В 1852 г. он совершил поездки в Рим и Неаполь («в опаленные Помпеи»), в 1857 г. в Иерусалим и Египет, в июле-октябре 1859 г. работал в древних библиотеках Афона. Там, в одном из монастырей, Антонин познакомился с другим замечательным русским византинистом и востоковедом, основателем Русской Духовной Миссии в Иерусалиме архимандритом Порфирием (Успенским), с которым состоял потом в переписке. Не говорим уже о многочисленных поездках по Греции и плаваниях по Архипелагу.
В марте 1860 г. архимандрит Антонин был назначен настоятелем посольской церкви в Константинополе. Его отец писал своему брату, епископу Екатеринбургскому Ионе: «Антонин наш уведомил нас, что перевод его из Афин в Константинополь состоялся по рекомендации Высокопреосвященного митрополита Филарета Московского. 11 сентября, при отъезде из Афин, греческое правительство наградило его орденом Спасителя для ношения на шее. Командорский крест 3-й степени. Афины, говорит, жалели о моем отбытии, и это было мне наградою. 18 сентября прибыл в Константинополь, переезд медленный, но даровой. Жалованье дано тысячью побольше, но зато содержание подороже». О новом назначении читаем и в письме Платона Капустина: «Брат мой, о. архимандрит Антонин, двукратно уже писал мне из Константинополя. Он, по-видимому, очень доволен своим перемещением. Посольство там гораздо многочисленнее афинского и служение братца может быть более на виду у начальства, только помещение теснее афинского»[21].
Начинался новый плодотворный период углубленного изучения и накопления знаний, навыков, опыта жизни на православном Востоке. «Восток есть колыбель человечества. Довольно сказать это, писал Антонин, чтобы сделать мысленный поклон в ту сторону, "откуда свет истек". Человеку, любящему припоминать дни древние и помышлять о летах вечных, нет пригоднее места для этого, тоже в своем роде умного делания, как Византия, от которой и без того на русскую душу веет чем-то своим, близким, но таким давним, что теряются все различительные черты дорогого образа, и остается в душе одно общее представление чего-то неодолимо влекущего, как память о матери у человека, осиротевшего в детстве»[22].
Время служения в Константинополе (18601865) ознаменовано и новыми научными достижениями[23], и становлением о. Антонина как выдающегося церковного дипломата. Доверительные дружеские отношения связывали его с известным знатоком дел в Османской империи, российским послом в Константинополе графом Николаем Павловичем Игнатьевым. Их переписка сохранилась и частично опубликована[24]. В церковных вопросах Игнатьев охотно прислушивался к мнению Антонина. Граф ценил в архимандрите прежде всего его прирожденный дипломатический такт и гибкий проницательный ум. «Читая письмо ваше, я, признавался он однажды своему конфиденту, еще более убеждался в дипломатических способностях ваших. Убежден, что вы со всеми поладите и всех, простите за выражение, если нужно, около пальчика обведете»[25].
При этом, достойный представитель русского ученого монашества, Антонин на всех этапах своего служения много и плодотворно занимался научными изысканиями: библиография известных на сегодня его опубликованных трудов составляет более 140 наименований[26]. Первое место среди различных направлений его научной деятельности занимала византинистика, включая работы как церковно-исторического и археологического, так и литургического и агиологического характера.
Неутомимый археограф, о. Антонин составил в 1862 г. «Каталог рукописных книг, обретающихся в Патриаршей библиотеке Константинопольского Святогробского подворья», одним из украшений которого стало открытие знаменитого памятника «Учение 12-ти Апостолов» (Дидахи тон додека апостолон)[27]. В октябре-ноябре 1867 г. он изучал рукописи Патриаршей библиотеки в Иерусалиме, в июне 1868 г. описывал собрание Лавры св. Саввы Освященного[28], в 1870 г. составил свой самый известный каталог Синайского монастыря, с описанием 1310 греческих рукописных книг[29].
К сожалению, ни один из подготовленных о. Антонином каталогов, доныне не утративших своего научного значения, не опубликован. Именно поэтому стал возможен «казус Гардтгаузена»[30], издавшего «свой» каталог синайских рукописей, «в большей части tacite воспользовавшись целиком трудом своего предшественника»[31]. Архимандрит и сам был немало удивлен, «перечитывая», как явствует из записи в дневнике от 19 апреля 1887 г., «Синайский каталог рукописей некоего Gardthausen'a, воспользовавшегося моим трудом безыменно, слепо следовавшего установленному мною порядку и оставившего рукописям данную им мною нумерацию»[32].