Другий шлюб: дружина Розалія Борисівна, уроджена Кацнельсон, мали в шлюбі п'ятеро дітей, вижило троє: Віра (1917 р. н.), Антон (1920 р. н.) і Галина (1921 р. н.). В 1929 Розалія Кацнельсон була арештована як «ворог народу», покінчила життя самогубством в 1936 р. у в'язниці Ханти-Мансійська: син Антонов-Овсієнко Антон Володимирович — радянський і російський історик та письменник, дисидент, критик сталінізму, директор російського Державного музею історії ГУЛАГу.