В 1904 году семья переехала в Москву, которая поначалу Павлику не понравилась, показалась деревянной и низкорослой после столицы. Однако город жил своей яркой жизнью, мальчику запомнились крики газетчиков на страстной площади, извещавших о смерти Чехова, гибели «Цусимы». В декабре 1905 года в Большом Афанасьевском переулке, где тогда жила семья, возникла баррикада, а дети лепили снежную бабу во дворе, пели «Марсельезу» и «Вы жертвою пали в борьбе роковой» под громкие хлопки ружей и револьверов.
Вскоре Павел поступил в гимназию. Она располагалась на Воздвиженке в белом двухэтажном доме с колоннами. Антокольский вспоминал, что учился посредственно: «Отвлекало все постороннее, рукописный журнал, стихи, театр, декламация». Себя будущий поэт не слишком жаловал: «Я был болезненно застенчив, болезненно самолюбив, безнадежно влюблялся раза по четыре в год, сильно горевал по случаю своего малого роста и полного неумения приспособить ноги к трем четвертям вальса и мазурки. Все это казалось мне предпосылкой для трагедии, которая неизбежно ждет меня в дальнейшем. На старости лет я вспоминаю время перехода из детства в отрочество как тяжелое, неприкаянное время. Стихи я писал уже тогда: вялые, совершенно подражательные, с налетом гражданского уныния».
После окончания гимназии Павел поступил на юридический факультет Московского университета. Может быть, сказался пример отца, а скорее потому, что этот факультет «представлял собою в те времена вожделенное место для нерадивых молодых людей, собиравшихся кое-как сдавать экзамены, поменьше ходить на лекции и совсем не работать сверх положенного». По счастью, в здании Университета на Моховой Антокольский прочитал отпечатанное на машинке объявление о наборе в «студенческую студию под руководством артистов Художественного театра». Объявление бросило юношу в жар: театр, да к тому же знаменитый Художественный! Вскоре он был принят в Студию на Остоженке, узнал Евгения Багратионовича Вахтангова, тогда совсем молодого и еще не знаменитого актера, режиссера и педагога. Антокольский мечтал о карьере актера. Но, увы, не получилось. Сам он потом напишет об этом: «Тем не менее, актер из меня не вышел и, видимо, не мог выйти: слишком я был связан, слишком тих, застенчив и робок. Может быть, в какой-то другой актерской школе из меня бы и выработался профессионал на амплуа «неврастеника», играл бы я Раскольникова и князя Мышкина, царя Федора и Павла Первого… может быть, и так. Зато я перепробовал в Студии все театральные специальности, передвигал и приколачивал декорации, испытал свои силы в режиссуре, писал стихотворные пьесы, даже на сцене играл».
Впоследствии его первая жена Наталия Щеглова вспомнит об Антокольском-актере (в прекрасном изложении Анны Масс): «Актером он был неважным, потому что, когда он выходил на сцену, он тут же переставал себя помнить, страшно переигрывал, начинал гримасничать, входил, что называется, в раж, и однажды в Камерном театре, куда он поступил после раскола студии, он в трансе свалился со сцены прямо в оркестр».
Однако была в искусстве область, в которой неистовство Антокольского могло пойти на пользу. Этой областью была поэзия. Павел не переставал сочинять с детства. Первые стихотворения были достаточно беспомощными, похожими на строки его кумиров. Любимым поэтом Павла был Александр Блок, и его интонации вылезали из любой строчки Антокольского. Однако в них была искренность. Как сразу же становилось ясным, что актера из Павла не выйдет, так было совершенно очевидным для всех, кто его знал, что перед ними поэт.
В 1917 году Павел бросил Университет, так и недоучившись, пошел работать в жилотдел Моссовета ради сохранения Студии.