W 1963 przeniesiony ponownie do seminarium w Odessie, równocześnie został przełożonym monasteru Zaśnięcia Matki Bożej w Odessie.
31 maja 1964 miała miejsce jego chirotonia na biskupa biełgorodzko-dniestrowskiego, w której jako konsekratorzy wzięli udział patriarcha moskiewski i całej Rusi Aleksy I, metropolita kruticki i kołomieński Pimen, metropolita leningradzki i ładoski Nikodem, metropolita chersoński i odeski Borys, metropolita kiszyniowski i mołdawski Nektariusz, arcybiskup miński i białoruski Sergiusz, arcybiskup Daniel i biskup Onezyfor. 25 maja 1965 Antoni (Mielnikow) został metropolitą mińskim i białoruskim; w tym samym roku otrzymał tytuł naukowy magistra nauk teologicznych. 29 września 1978 przeniesiony na katedrę leningradzką i ładoską. Wielokrotnie reprezentował Patriarchat Moskiewski w czasie podróży zagranicznych w innych autokefalicznych Kościołach prawosławnych.
W odróżnieniu od swojego poprzednika na katedrze leningradzkiej, metropolity Nikodema, reprezentował konformistyczną postawę w relacjach z lokalnymi organami władzy radzieckiej. Równocześnie był cenionym teologiem i redaktorem prasy cerkiewnej.