Au cours de sa formation, il remporte plusieurs distinctions : le prix de la Société des Amis des Arts (1923), le prix Ponthus-Cinier (1923), et, en 1925, le premier prix de peinture à l'obtention de son diplôme. Après ses études, il poursuit sa formation au musée du Louvre, où il étudie les grands maîtres classiques tels que Véronèse, Rembrandt et Velázquez.
Dans les années 1920, Chartres expose dans de prestigieux salons et galeries, notamment le Salon d'Automne de Paris et le Salon des Indépendants. En 1931, il rejoint le groupe Les Nouveaux, fondé par son ami Marc Aynard. Aux côtés d'artistes comme Pelloux, Vieilly, Couty et Ballanche, il expose à Paris dans des lieux renommés tels que la Galerie Speranza, les Salons d'Automne, des Indépendants, des Tuileries, et du Sud-Est. Parallèlement à sa carrière artistique, Antoine Chartres devient professeur aux Beaux-Arts de Paris.