В 1946-1947гг. работал в Ереванском институте ортопедии и восстановительной хирургии. С 1947 года работал в Амасийском районе, занимаясь одновременно научной деятельностью. В 1953 году защитил кандидатскую диссертацию на тему: «Сравнительная оценка современных методов трансплантации костей при лечении ложных суставов».
С 1954 по 1956 годы К.А. Антонян назначается главным врачём врачом Института Курортологии, а с 1956 года руководит НИИ Гематологии и переливания крови.
Профессор К.А. Антонян расширил сеть службы крови республики, создав 7 станций переливания крови (СПК) в крупных городах республики. За годы его руководства увеличился объем заготавливаемой в республике донорской крови. Сильное развитие получил научный потенциал института. В 1960 году Институт был переведен в новое здание.