20 ноября 1940 г. Антонеску прибыл с визитом в Берлин. Состоялась встреча с Гитлером. Поначалу она разочаровала Антонеску: его не удовлетворило решение проблем Северной Трансильвании, Бессарабии и Северной Буковины и то, что Гитлер в предстоящей войне не рассчитывал на румынскую армию. Фюрер тогда заявил: «Я понимаю вашу озабоченность. Но когда судьба всего мира поставлена на карту, проблему границ лучше отодвинуть на второй план… только после победы мы примем окончательное решение». В ходе второй беседы Гитлер сообщил о намерении напасть на СССР, заверил генерала в своей дружбе и помощи, и, 23 ноября Антонеску подписал акт о присоединении к оси Берлин – Рим – Токио. Так определилась роль Румынии в будущей войне против СССР. Но власть самого Антонеску в это время оказалась под угрозой: в январе 1941 г. руководители легионеров устроили путч. С помощью армии Антонеску подавил их выступление, расправился с лидерами и провозгласил себя «кондукатором» – полновластным диктатором.
22 июня 1941 г. румынские войска получили приказ: «Солдаты! Приказываю перейти Прут! Сокрушите врага на востоке! Освободите от красного большевистского рабства ваших братьев!» Когда румынские войска вышли к Днестру, Антонеску решил было, что теперь можно закончить войну: «Задача выполнена, можно начинать демобилизацию». Однако подобное решение не входило в планы Гитлера. В беседе с Антонеску фюрер предложил: «Берите столько, сколько считаете необходимым». Вслед за этим Гитлер вручил ему Рыцарский Железный крест, а 21 августа Антонеску возвел себя в ранг маршала. Рассчитывая создать на оккупированных землях между Бугом и Днестром провинцию Транснистрия и надеясь также на возвращение Северной Трансильвании и захват части Украины, он продолжил участие в боевых действиях. Румынские солдаты воевали под Одессой, Керчью, Севастополем, Харьковом, дошли до Волги и Кавказа. После Сталинграда и провала планов о территориальных приращениях популярность Антонеску пошла на убыль.
В 1943 г. он через своих эмиссаров в Каире, Анкаре, Мадриде и Стокгольме попытался установить – правда, безуспешно – контакты с англичанами и американцами. В то же время молодой король Михай стал искать пути для перемирия с СССР. Но пока у власти стоял Антонеску, король был бессилен что-либо сделать. Летом 1944 г. советские войска уже вступили на территорию Румынии. Тогда Михай решился на переворот. 23 августа Антонеску был приглашен на аудиенцию. За тяжелой портьерой притаилась группа генералов и придворных с пистолетами в руках. Правда, арестовать кондукатора было поручено всего лишь майору и унтер-офицеру. «Маршал выглядел усталым и раздраженным, – вспоминал впоследствии Михай, – похоже, он был зол и на Гитлера, и на самого себя. Я пытался убедить его, что судьба страны превыше судьбы каждого из нас, но безуспешно. В ответ на предложение об отставке он совершенно рассвирепел и прокричал, что не оставит страну в руках ребенка». Последовал арест, были арестованы и члены правительства Антонеску. Румыния объявила о вступлении в войну на стороне союзников. 1 сентября арестованных отправили под конвоем в Москву. Их разместили на даче в 60 км от столицы. У каждого была отдельная комната, они свободно общались, их превосходно кормили. Сталин якобы предложил Антонеску снова возглавить страну, но тот отказался, заподозрив неладное. В ноябре маршал хотел повеситься, но попытка самоубийства не удалась. 10 мая 1945 г. его и генералов перевезли на Лубянку. Увиделись они только через год, когда их отвезли в Бухарест на суд.