Antonowa znalazła córka. Na ciele nie było śladów przemocy. Według lekarzy przyczyną śmierci był wylew krwi do mózgu.

W latach 80. Antonow był wicedyrektorem przedstawicielstwa bułgarskich linii lotniczych „Bałkan” w Rzymie. W listopadzie 1982 r. został aresztowany w Rzymie pod zarzutem współudziału w przygotowywaniu zamachu na życie Jana Pawła II, którego 13 maja 1981 r. dokonał Turek Mehmet Ali Agca. Agca, zeznając o tzw. bułgarskim śladzie, mówił także o innych Bułgarach, którzy mieli pomagać mu w zorganizowaniu zamachu. Razem z Antonowem oskarżono dwóch pracowników ambasady bułgarskiej – Żeliu Wasilewa i Todora Ajwazowa. Uniknęli oni aresztu, gdyż nie było ich wówczas w Rzymie. Podczas śledztwa Agca mówił o swoich powiązaniach z bułgarskimi służbami specjalnymi. Antonow konsekwentnie wszystkiemu zaprzeczał. Proces przeciw niemu rozpoczął się w 1985 r. W kwietniu 1986 r. sąd w Rzymie uniewinnił Sergieja Antonowa z braku dowodów. Bułgar wrócił do kraju z nadwyrężonym zdrowiem.