По заданию русского правительства Кантемир в середине 1737 года сближается с французским посланником в Лондоне и содействует налаживанию русско-французских отношений. В апреле 1738 года Кантемир был пожалован в камергеры и назначен послом во Францию. К тому времени он был уже опытным дипломатом и, прибыв в Париж в начале сентября 1738 года, сумел быстро войти в курс дел. Во Франции Кантемир значительно расширил круг общения. Он познакомился с Монтескье и Вольтером, став их первым переводчиком на русский язык, с философом Мопертюи, с театральными деятелями Риккобони и Мораном. Здесь он оказался в самом центре европейской жизни, и здесь он нашел понимание. Кантемир оставил писание сатир, но продолжал активно заниматься литературной деятельностью. Он писал стихи и делал переводы исторических, 
просветительских и литературных сочинений, свободно владея латинским, итальянским, французским, греческим, английским и испанским языками. Антиох Кантемир стал не только родоначальником нового жанра в русской литературе – сатиры, но и новых форм стихосложения, одним из создателей русского литературного языка. Он ввел в русскую речь такие слова, как «идея», «депутат», «материя», «природа» и другие. Его собственные сочинения и переводы в начале 1740-х годов резко обострили отношения князя Кантемира с русским правительством. Но его авторитет в европейских странах, знание внешнеполитических проблем и умение действовать в сложной обстановке заставляли русское правительство «терпеть» его на ответственном дипломатическом посту, особенно в условиях начавшейся борьбы за австрийское наследство.
В августе 1741 года Антиох Кантемир получил чин тайного советника. Долгое пребывание за границей тяготило Кантемира, он очень хотел вернуться в Россию. В 1742 году был распространен слух, что его прочат назначить президентом Академии наук. Антиох Дмитриевич был готов занять этот пост, но назначение его так и не состоялось.
Еще находясь в Англии, он почувствовал заметное ухудшение здоровья: начались боли в желудке, значительно упало зрение. Во Франции Кантемир лечился на водах и по совету врачей ограничивался в пище, а некоторое время вообще питался лишь козьим молоком. Он очень желал приехать в Россию, но болезнь не позволяла предпринять это путешествие.
