Można jednak domniemywać, że już wtedy sympatyzował z Włochami i Niemcami. Linia programowa obydwu ruchów polityczno-społecznych była w dużej mierze zgodna z jego poglądami.
5 września 1940 roku został powołany przez króla Karola II na stanowisko premiera. Po objęciu funkcji zmusił 6 września 1940 roku króla do abdykacji na rzecz dziewiętnastoletniego syna Michała I, sam zaś ogłosił siebie conducatorem („wodzem”), przejął faktyczną władzę dyktatorską i pozwolił III Rzeszy na wprowadzenie wojsk do Rumunii. Władzę sprawował przy pomocy faszystowskiej Żelaznej Gwardii.
23 listopada 1940 roku Antonescu podpisał układ o dołączeniu Rumunii do paktu trzech. W styczniu 1941 r. stłumił pucz Żelaznej Gwardii. W czerwcu podczas spotkania z Adolfem Hitlerem powiedział, że armia rumuńska jest gotowa wziąć udział w walkach na froncie wschodnim. Liczył, że dzięki obecności w obozie zwycięzców (jakimi miały być państwa Osi) Rumunia odzyska Besarabię i północną Bukowinę, które utraciła na rzecz ZSRR po ultimatum sowieckim 26 czerwca 1940 roku. Wypełniając swe zobowiązania w sojuszu z Niemcami, rozpoczął w 1941 roku wojnę z ZSRR. Podczas jego rządów tysiące Żydów z Besarabii i Bukowiny zostało deportowanych do Transnistrii, gdzie urządzono obozy śmierci. Większość Żydów, którzy znaleźli się w tych obozach, nie przeżyła wojny.