Luego fue integrante de las orquestas de José Basso, Horacio Salgán, Aníbal Troilo, Mariano Mores, Osvaldo Fresedo, Roberto Pansera, Atilio Stampone, Héctor Varela y Alfredo De Ángelis, interviniendo como solista en algunas grabaciones de la orquesta Jorge Caldara–Rodolfo Lesica en los años 1964 y 1965.
De todos modos, fue en 1962 cuando afianzó definitivamente su estilo, el que finalmente lo transformó en uno de los violinistas más relevantes en la historia del tango. En ese año, mientras se desempeñaba en la Orquesta Sinfónica Provincial de Rosario, se produjo su incorporación al quinteto dirigido por Astor Piazzolla en reemplazo de Elvino Vardaro, otro de los grandes violinistas del género.
La relación artística que desde entonces estableció con Piazzolla y que se extendió por cerca de quince años, fue decisiva en la formación musical de Agri, dejando plasmados bellísimos registros de solos de violín y bandoneón con Astor entre los que Horacio Salas destaca Milonga del ángel, Retrato de Alfredo Gobbi, Pulsaciones, Otoño porteño y Adiós Nonino. Agri participó con Piazzolla en el Quinteto, en grabaciones realizadas entre 1962 y 1971 y en la Orquesta que el 8 de mayo de 1968 estrenó en la Sala Planeta de la calle Suipacha la Operita María de Buenos Aires con las voces de Amelita Baltar y Héctor de Rosas.
Para esta obra se agregaron al quinteto seis músicos más: Néstor Panik en viola, Víctor Pontino en violoncello, Oscar Cacho Tirao en guitarra, Arturo Schneider en flauta, José Corrale en percusión y Tito Bisio en xilófono. La operita se mantuvo en cartel hasta agosto de ese año y luego fue grabada para el sello Trova en un disco doble. Agri participó luego en las grabaciones que el Noneto dirigido por Piazzolla realizó en los años 1972 y 1973, mientras que en 1975 integró el Octeto Electrónico, con el que participó en una gira por Brasil iniciada en San Pablo el 27 de septiembre de ese año y durante la cual se presentaron en veinte conciertos.
Además del director y Agri, formaban el octeto Juan Carlos Cirigliano en el piano, Horacio Malvicino en guitarra, Santiago Giacobbe en órgano, Enrique Roizner en percusión, Adalberto Cevasco en bajo y Daniel Piazzolla, hijo de Astor como sintetizador. El vocalista era José Ángel Trelles.
En 1976, luego de esta gira el conjunto grabó un disco larga duración titulado Balada para un loco. Agri culminó brillantemente en ese mismo año su colaboración en conjuntos dirigidos por Astor participando como violín solista en la grabación del disco que se dio a conocer como Muralla China.
A todo esto, en 1974, sin abandonar su tarea con Astor Piazzolla, había ingresado a la Orquesta Estable del Teatro Colón, tiempo después con una docena de sus integrantes formó el Conjunto de Arcos de Antonio Agri, con el que realizó varias giras en el ámbito internacional, además de presentarse durante cuatro años en el local nocturno Michelángelo y en varias oportunidades en el Teatro General San Martín.
Asimismo, en 1977 grabó un disco larga duración con el mencionado conjunto, en el que pudo concretar su viejo anhelo de ejecutar tangos bajo un modelo camarístico.
De todos modos, en ese disco Agri se permitió algunas licencias, dado que junto a tangos tradicionales como La última curda, Divina y El día que me quieras, incluyó también algunas melodías internacionales como Danza de los espíritus bienaventurados de Gück y Penas de amor de Frist Kreisler, e inclusive Yesterday, un tema de John Lennon y Paul Mc Cartney, popularizado mundialmente por Los Beatles.
Sin dejar de actuar al frente de su conjunto de arcos, grupo que con lógicas interrupciones y también con modificaciones en su integración lo acompañó hasta el final de sus días, a comienzos de 1985 Agri volvió a integrar un conjunto dirigido por Piazzolla, aunque en esta ocasión fue un fugaz paso por el segundo quinteto que había formado Astor poco tiempo antes, al que ingresó en reemplazo de Fernando Suárez Paz.
Sin embargo, un serio accidente automovilístico sufrido en 1985, el que le obligó a permanecer durante dos años en silla de ruedas, frustró la posibilidad de Agri de extender su permanencia en el conjunto como era la intención del director. Esta última participación por su brevedad no es recordada por muchos, por lo que habitualmente se considera que la relación artística entre ambos finalizó con aquellas grabaciones del año 1976.
Plenamente restablecido, en 1989 viajó a Japón integrando la Orquesta Sinfónica del Tango en calidad de solista y en ese mismo año realizó grabaciones con la Orquesta Royal Philarmonic de Londres. A comienzos de los noventa, entre sus múltiples actividades, integró el conjunto que bajo la dirección y arreglos de Raúl Garello acompañó a la joven cancionista Patricia Vel.
Entre los meses de diciembre de 1993 y marzo de 1994 Agri grabó para el sello Melopea en los Estudios del Nuevo Mundo de Buenos Aires un total de doce temas que fueron editados en un disco compacto conocido como La conversación.
En este trabajo, sumamente recordado en la trayectoria de Agri, contó con la participación de Lito Nebbia en piano o teclado y de Esteban Morgado en guitarra en las grabaciones de El día que me quieras, Viejo ciego, tema que fue cantado por el Polaco Goyeneche, Como dos extraños, Jacinto Chiclana, Fuimos y Revirado. En algunos de estos temas Morgado realizó también los arreglos.
El compacto incluyó además el vals Sueño de juventud, en el que Agri formó dúo con Nebbia en teclado, guitarra y arreglos, La bicicleta blanca, en la que junto al violín solista de Agri participó el Cuarteto de Cuerdas integrado por Pablo Agri y Lázaro Becker en violines, Mario Fiocca en viola, José Bragatto en violoncello y Guillermo Ferrer en contrabajo y arreglos, Adiós Nonino, en cuya grabación participaron Antonio y su hijo Pablo como violines solistas, Guillermo Ferrer en contrabajo, el Coro Popular Melopea en las voces, todos con arreglo y dirección de Clarisa Álvarez, Variaciones alrededor de libertango, en interpretación a dúo de Agri con el percusionista Horacio López, el propio Libertango con el Cuarteto de Cuerdas, Lito Nebbia en piano, Horacio López en batería y Esteban Morgado en guitarra y arreglos, y Cuando tu no estás, a dúo con este último.
Finalmente, el disco se completó con dos temas más grabados con anterioridad: Los mareados, registro realizado en París en 1992 para el sello Label Bleu, en el que Agri fue acompañado por Juan José Mosalini en carácter de invitado especial, y Danza de los espíritus bienaventurados, grabación original en flauta de la orquesta de la ópera de Gluck Orfeo y Euridice, sobre la que Agri grabó como violín solista con el Cuarteto de Cuerdas a mediados de los años setenta. Ya en 1995 al recrearse la constitución del Quinteto Real, ahora bajo la denominación de Nuevo Quinteto Real, Agri pasó a integrarlo junto con Horacio Salgán, Ubaldo De Lío, Néstor Marconi y el contrabajista Oscar Giunta.
Los fines de semana la renovada agrupación actuaba exitosamente en el Club del Vino.
Entre los meses de abril y octubre de ese mismo año, Agri realizó grabaciones de encuentros con grandes intérpretes con los que había realizado actuaciones en vivo a lo largo de su trayectoria.
Esas grabaciones, originadas en una idea y producción de Lito Nebbia, fueron editadas por el sello Melopea en un disco titulado Conversando con amigos, en el que se incluyeron entonces registros con distintas formaciones, tales como con su hijo Pablo en violín y el propio Nebbia en teclado, con Leopoldo Federico en bandoneón y Horacio Cabarcos en contrabajo, con el pianista Gustavo Fedel a dúo, con el mismo Fedel y Daniel Binelli en bandoneón, con Ricardo Domínguez en guitarra en la conformación de otro dúo, lo mismo que con Antonio Ríos en bandoneón.
Simultáneamente en ese año 1995, también para el mismo sello grabador, registró otro álbum en el que participó como violín solista junto con Daniel Binelli como bandoneón también solista.
El trabajo estaba compuesto enteramente por obras de Gustavo Fedel escritas para violín, bandoneón y orquesta, participando la Asociación de Profesores de la Orquesta Estable del Teatro Colón dirigida por Simón Blech, músico que en sus comienzos fue violinista de Osvaldo Fresedo, y que ya había dirigido a Agri cuando se desempeñaba como director de la Orquesta Sinfónica de Rosario.
Además