En él adopta los planteamientos del Atelier 17: la idea del trabajo en común en el que maestro y discípulo comparten la investigación técnica y artística, la libertad de experimentación e innovación sobre los métodos tradicionales y la excelencia técnica; así como una preferencia por las técnicas sobre metal (buril, aguafuerte, aguatinta) ante las sobre madera, que hasta entonces tenían una mayor tradición en Chile.

[5]​ Regresa a Chile en 1969 y asume como director del Museo Nacional de Bellas Artes.

En 1971 da inicio al programa de televisión Ojo con el Arte, emitido por Canal 13, y participa —interpretando el papel del presidente uruguayo Jorge Pacheco Areco— en la película Estado de sitio, del director Costa-Gavras, filmada enteramente en Chile.

En 1993 fue condecorado por el presidente Patricio Aylwin con la Orden al Mérito Docente y Cultural Gabriela Mistral.

Entre sus creaciones más importantes se encuentran Volcanes, Mujer al Sol, La Noche y Tanguería en Valparaíso.

[10]​ En peores condiciones está Quinchamalí (1958), pintado en la Galería Juan Esteban Montero, pasaje que une las calles Huérfanos y San Antonio): se notan desprendimientos y pintura levantada a causa de la humedad.

[11]​ En la misma galería, además del mural, Antúnez instaló en el piso mosaicos que se hallan todavía en perfecto estado.

El nombre del pintor lo llevan hoy salas de exposiciones,[12]​ galerías,[13]​ escuelas y calles en Chile.

[14]​ En 1993 la Casa de la Moneda sacó una estampilla en su homenaje, en la que reproduce Tanguería en Valparaíso y, al año siguiente, el Gobierno creó la Comisión Nemesio Antúnez, encargada de supervisar las leyes en el ámbito artístico.