En 1962, le député du Tarn André Vidal, du parti gaulliste, l'Union pour la nouvelle République, vote la motion de censure contre le gouvernement. L'Assemblée Nationale étant donc dissoute, les élections législatives de 1962 sont organisées. Afin de remplacer André Vidal en tant que candidat de l'Union pour la nouvelle République, Antonin Tirefort est proposé. Lors des élections, son principal adversaire est le candidat du MRP, Gaston Bousquet, qu'il bat au premier tour avec 22,1% des voix, en se présentant comme un Tarnais de vieille souche, en opposition à son adversaire qui ne l'est vraisemblablement pas. Lors du second tour, il est élu avec 47,98% des voix, devant le candidat socialiste (40,96%) et André Vidal (11,1%), qui se représente mais sans étiquette. Antonin Tirefort est ainsi nommé député de la 2ecirconscription du Tarn le .
Une fois à l'Assemblée Nationale, il soutient ardemment son parti, en votant pour la totalité des lois proposées par le gouvernement de Charles de Gaulle, comme le traité de l'Élysée () ou la réforme du service national (). Durant son mandat, il siège aussi à la commission de la défense et des forces armées, peut-être grâce à son expérience militaire. Néanmoins, il est un membre très discret de l’hémicycle, car il ne prendra pas une seule fois la parole à l’Assemblée de toute la durée de son mandat, se considérant bien plus simple représentant de son département que détenteur du pouvoir législatif. Il siègera à jusqu'au , date à laquelle il est remplacé par Jacques Limouzy, futur secrétaire d'état.
Antonin Tirefort est réélu au conseil municipal de Castres avec les élections municipales de 1965, mais ne se représente pas en tant que député. Il conservera son poste jusqu'à son décès, le à Castres[2].
La rue Antonin-Tirefort, à Castres, lui rend hommage.
