27 апреля 1921 года Политбюро ЦК РКП(б) приняло постановление «О ликвидации банд Антонова в Тамбовской губернии». Согласно постановлению, Тухачевский назначался «единоличным командующим войсками в Тамбовском округе», «ответственным за ликвидацию банд». Ему было приказано в месячный срок полностью разгромить восстание. На Тамбовщину отправились военачальники, знавшие особенности партизанской войны, — Какурин[69], Уборевич, Котовский; Дзержинский направил Ягоду и Ульриха. Если на 1 февраля 1921 года численность советских войск в Тамбовской губернии составляла 34 тысячи красноармейцев, то на 1 марта их было уже 42 тысячи, а на 1 июня — до 80 тысяч.
В боях против антоновцев принимал участие и Георгий Жуков, который в своих воспоминаниях записал: «В 1921 году мне пришлось быть на фронте против Антонова. Надо сказать, что была довольно тяжелая война. В разгар ее против нас действовало около семидесяти тысяч штыков и сабель... Схватились с ними, отошли, рассыпались, исчезли и возникли снова. Мы считаем, что уничтожили ту или иную бригаду или отряд, а они просто рассыпались и тут же поблизости снова появились».
Весной 1921 года чекисты разработали план уничтожения лидеров тамбовских повстанцев и прежде всего Антонова. В штаб атамана проник агент ЧК, бывший эсер Евдоким Муравьев, который убедил лидеров восстания, что он является главой ревкома всех партизанских отрядов России. Муравьев предлагал Антонову тайно посетить повстанческий центр (якобы находившийся в Москве) и тайный Всероссийский съезд повстанческих армий. Агент расписал перед тамбовцами силу московского подполья и предложил Антонову одобрить план захвата Кремля «мобильными отрядами» повстанцев, в том числе и тамбовскими.
После этого Муравьев был допущен до инспектирования армии Антонова и разъезжал по Тамбовскому краю в сопровождении Ишина и Василия Матюхина (брата повстанческого атамана Ивана Матюхина), собирая информацию о силах повстанцев. Чекист сумел заманить в Москву два десятка антоновцев во главе с Ишиным, Герасевым и Эктовым (последний был главой оперативного штаба антоновского восстания). Сам Антонов тогда был ранен в бою и от поездки в Москву отказался, а все тамбовские «визитеры» на «конспиративной квартире» были арестованы чекистами. После операции Муравьева у командования Красной армии появились исчерпывающие сведения об армии Антонова, его подполье и базовых районах.
Пленные антоновцы были расстреляны, за исключением бывшего офицера Павла Эктова, который активно сотрудничал с ЧК. Он был использован чекистами в ликвидации атамана Матюхина, когда они, во время уничтожения повстанческого атамана Матюхина, «действовали в паре» с Григорием Котовским.
Антонов-Овсеенко и Тухачевский утвердили план быстрого и полного разгрома антоновщины. Была использована стратегия полной и жестокой оккупации повстанческих местностей, блокирования базовых районов повстанцев. Оккупационная система предполагала создание сети концентрационных лагерей на Тамбовщине, где содержались десятки тысяч членов семей повстанцев, зажиточных крестьян, которые были взяты в заложники. «Без расстрелов ничего не получается. Расстрелы в одном селении на другое не действуют, пока в них не будет проведена такая же мера», — сетовали красные каратели. За укрывательство «бандитов» и оружия следовал немедленный расстрел. Приказ № 171 вводил расстрелы заложников в «бандитских» селах, до полного подчинения и выдачи «бандитов». Антоновцы в качестве ответной меры брали в заложники семьи коммунистов и советских служащих, уничтожали пленных коммунистов.
В начале мая 1921 года в Тамбовскую губернию были переброшены 10-я дивизия, две стрелковые и две кавалерийские бригады. Общая численность «армии по борьбе с бандитизмом» достигла 60 тысяч человек, на ее вооружении состояли до 800 пулеметов, более 100 орудий, 21 бронемашина, 12 бронепоездов, 18 аэропланов. Аэропланы предоставляли информацию о движении сил противника, бомбили их колонны и осуществляли штурмовые налеты с использованием пулеметов. Подобной техники у повстанцев не было, треть бойцов «Народной армии» не имела нормального вооружения, крестьяне, как уже говорилось, нередко шли на пулеметы с вилами и топорами, а те, кто имел стрелковое оружие, постоянно испытывали недостаток в патронах. Несмотря на это, антоновцы разгромили отряд кавкурсов, кавдивизион и автоотряд, захватив 15 пулеметов и три машины, уничтожив около сотни бойцов противника.