Зов Палестины с юности звучал в его сердце. Еще в семинарские годы, пишет о себе сам Антонин, «когда он думал о Киеве, как о счастье другого мира, ему казалось, что за Печерской картиной скрывается другая — далее ее, лучше, таинственней, — что Киев есть только перепутье в Иерусалим — в рай».
Он вступил посланцем Русской Церкви в город своей юношеской мечты 11 сентября 1865 г., чтобы уйти из него в вечную жизнь 28 лет спустя, 24 марта 1894 г.
Достойный представитель русского ученого монашества, на всех этапах своего служения Антонин много и плодотворно занимался научными изысканиями по церковной археологии, археографии и византинистике. Подобно своим замечательным предшественникам по работе в Миссии — Порфирию Успенскому, Феофану Затворнику, Леониду Кавелину — отец Антонин оставил значительное творческое наследие: библиография его опубликованных трудов занимает 17 страниц убористого печатного текста. Он был одним из первых исследователей греческих и славянских рукописей Иерусалима, Афона и Синая. Собранная им коллекция древних манускриптов (ныне в библиотеке Российской Академии наук в Петербурге) включает как греческие и славянские, так и арабские рукописи.
Обосновавшись в Иерусалиме, он всего себя безраздельно посвятил служению интересам России в Святой Земле. Если начало русской земельной собственности в Иерусалиме было положено и одобрено российским правительством, то продолжение и расширение ее целиком было личной инициативой отца Антонина. Знаток конкретной библейской археологии, он начал переговоры с главами арабских семей, во владении которых находилась преемственно недвижимость, связанная с местами новозаветных и ветхозаветных событий, священных для православных верующих. Дело по приобретению отдельных участков он вел постепенно, экономно и терпеливо.
Один из первых участков — на горе Елеон, где ныне, буквально в сотне шагов от места Вознесения Господня, находится русский Спасо-Вознесенский женский монастырь, — был куплен в 1868 г. в условиях острой конкуренции с кармелитским католическим монастырем Раtег Nosteг. Причем в отличие от вельможных французских покупателей (основательницей монастыря была личная приятельница Наполеона III герцогиня ля Тур д’Овернь), за русским монахом не было ни Государственной поддержки, ни больших денег. Весь годовой бюджет миссии составлял около 14,5 тыс. рублей (включая содержание храмов и подворий, оклады сотрудников, материальную помощь паломникам и православным арабам).
Почти одновременно были начаты переговоры о покупке земли в Горнем (по-арабски Айн-Карем). На месте встречи Богородицы и Елизаветы, рядом с францисканским монастырем Маgnificat, где находилось уже небольшое русское владение, приобретенное Б.П. Мансуровым, и вокруг него, Антонину удалось купить значительный участок земли, на котором расположен ныне русский Горненский женский монастырь. Основная спонсорская помощь для приобретения земли в Горнем была ему оказана бывшим российским министром путей сообщения П.П. Мельниковым, организовавшим в Петербурге специальный комитет по сбору пожертвований. Еще ранее были приобретены участки в Хевроне — с библейским «Дубом Мамврийским», под которым Авраам встречал Троицу в виде трех ангелов (Быт. 18, 1-2), в Яффе — на месте дома и гробницы праведной Тавифы (Деян. 9, 36-41), позже — Иерихоне и многих других местах. Участки покупались на имя драгомана (переводчика) миссии турецкого подданного Якова Егоровича Халеби. И уже тот оформлял дарственную на имя своего начальника. Так сложился знаменитый «вакуф архимандрита Антонина» в Святой Земле, завещанный им в 1894 г. Святейшему Синоду, то есть Русской Православной Церкви. К началу XX века совокупность приобретенных им земельных участков оценивалась в миллион тогдашних русских рублей.
Из числа последующих начальников Русской духовной миссии верным продолжателем дела Антонина должен быть признан архимандрит Леонид (Сенцов). Среди его приобретений и строительных инициатив (он пробыл в Иерусалиме с 1903 г. до 1914 г.) особо отмечают большой и красивый храм Святых Праотцев в Хевроне, участок и храм святого пророка Илии на горе Кармил в Хайфе и «Магдальский сад» на Тивериадском озере, где уже в наше время, в 1962 г., был построен храм во имя святой Марии Магдалины.