Retornou a São Paulo em 1978, onde defendeu sua tese de doutorado, novamente na USP. Passou a organizar um grupo de pesquisa sobre Sistemas Markovianos de Partículas no IME-USP, contando com apoio do Instituto e também do Laboratório de Probabilidades da Universidade de Paris VI. Antonio Galves seguiu visitando frequentemente o Laboratório, com o qual estabeleceu um programa de cooperação permanente, apoiado pelo CNPq e pelo CNRS. Posteriormente o grupo de pesquisa colaborou também com o IMPA e com o Departamento de Matemática da Universidade de Roma.[5]
Dedicou-se ao desenvolvimento da pesquisa na área de processos estocásticos no Brasil, colaborando com a formação de diversos mestres e doutores; organizando seminários; exercendo atividade didática; e principalmente, mantendo ativo seu grupo de pesquisa na área. [5]
Foi o pesquisador responsável e coordenador do CEPID Neuromat, implementado em 2013 no IME-USP, com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).[10] O CEPID integra a modelagem matemática e a neurociência teórica e visou a construção de um centro de pesquisa avançada em neurociência teórica, por meio de uma equipe de especialistas renomados, composta principalmente por matemáticos, cientistas da computação, neurocientistas, médicos clínicos especialistas na área de reabilitação, biólogos, físicos e profissionais de comunicação.[11][12][13]
Em 5 março de 1997 tornou-se membro titular da Academia Brasileira de Ciências.[18]
Em 26 de junho de 2024 aconteceu a cerimônia de descerramento da placa de Denominação do Prédio “Antonio Galves”, onde eram exercidas as atividades do Núcleo de Apoio à Pesquisa em Modelagem Estocástica e Complexidade (NUMEC), no IME-USP. [19]
↑A. Galves, E. Löcherbach, "Infinite Systems of Interacting Chains with Memory of Variable Length — A Stochastic Model for Biological Neural Nets". Journal of Statistical Physics, vol. 151, n. 5, pp. 896-921, junho de 2013