Первой работой, принёсшей известность художнику, стали иллюстрации к «Русалочке» Х. К. Андерсена, над которой он трудился почти два года. Ломаев сомневался, примут ли ее, но существенным плюсом для художника было то, что он не зависел от сроков и пожеланий издательства. Восхитительные сказочные рисунки в то же время очень правдоподобны и впечатляющи. Иллюстрации выполнены в теплой гамме золотисто-персиковых оттенков, постепенно переходящих в холодную бирюзово-синюю гамму морских глубин. Русалочку с рыбками в волосах, похожими на цветы, красоту подводного царства, добрых дельфинов сменяют изображения страшной колдуньи и жутких мурен с кружащимися над ними акулами. Несмотря на восхищение, с которым книга была принята читателями, Антон Ломаев хотел бы «через какое-то время вернуться к этой сказке и оформить ее совершенно иначе».

Позже Ломаев сделал рисунки ещё к нескольким сказкам Андерсена, проиллюстрировал Шарля Перро, братьев Гримм, Вильгельма Гауфа, Эрнста Теодора Амадея Гофмана. Особое место в его творчестве занимают работы по книгам Дианы Уинн Джонс, Джеймса Крюсса «Тим Талер, или проданный смех», Артура Конан Дойля «Собака Баскервилей» и др.

Антон Ломаев неоднократно награждался российскими и международными премиями в области искусства книги и иллюстрации, среди которых премия «Золотое яблоко» (BIB Golden Apple) Международного конкурса иллюстраций книг для детей и юношества в Братиславе (2019), Почётный диплом Международного совета по детской книге IBBY (2018), Prix l'esprit de l'engagement / Приз за дух вовлечённости, Best creator of children's, ESFS (European Science Fiction Society (2015), премия Всероссийского конгресса фантастов «Странник» (2001). Он также лауреат Всероссийского конкурса книжной иллюстрации «Образ книги» (2013, 2014, 2018, 2019) и Международного конкурса государств-участников СНГ «Искусство книги» (2020).

Книги с иллюстрациями Антона Ломаева издаются в разных странах мира, в числе которых Франция, Германия, США и Китай.

Среди петербургских художников-иллюстраторов, номинированных Санкт-Петербургским отделением национальной секции IBBY на BIB – 2021, Россию представлял также Антон Ломаев.