В 2000 был адвокатом американского гражданина Эдмонда Поупа, обвинённого в шпионаже, приговорённого к 20 годам лишения свободы, но почти сразу же помилованного.

В 2000—2001 был адвокатом главы холдинга «Медиа-Мост» Владимира Гусинского (во время его конфликта с властью, приведшего к аресту и последующей эмиграции).

В 2005 представлял интересы режиссёра Алексея Учителя в деле о защите авторских прав на фильм «Космос как предчувствие». Дело было выиграно.

В 2006—2007 защищал бывшего мэра Волгограда Евгения Ищенко, обвинённого в злоупотреблении должностными полномочиями, незаконном предпринимательстве и хранении боеприпасов. По статье о злоупотреблении должностными полномочиями Ищенко был оправдан, по другим статьям приговорён к одному году лишения свободы, который уже отбыл в предварительном заключении.

Также среди клиентов Астахова были семья нобелевского лауреата Льва Ландау, мэр Москвы Юрий Лужков, издательский дом «Коммерсантъ», председатель Счётной палаты России Сергей Степашин, Владимир Спиваков и др.

В 1997—2001 защищал писателя и дипломата Платона Обухова по «шпионскому» делу (обвинение в сотрудничестве с британской разведкой). Обухов был признан невменяемым, направлен на принудительное лечение в психиатрическую клинику. В 2003 он был выписан из клиники для прохождения амбулаторного лечения на дому.

В 2000—2005 представлял интересы Тамары Рохлиной, обвинённой в убийстве своего супруга, генерала Льва Рохлина. В 2000 она была приговорена к восьми годам лишения свободы, в 2001 приговор был отменён Верховным судом, в 2005 был вынесен новый приговор — 4 года лишения свободы условно. В 2005 Европейский суд по правам человека признал, что права Рохлиной в ходе расследования дел были нарушены — в частности, она провела чрезмерный срок в предварительном заключении.

В 2002—2003 представлял интересы российских лыжниц Ольги Даниловой и Ларисы Лазутиной, лишённых золотых медалей Олимпийских игр по обвинению в употреблении допинга. Дело рассматривалось в Спортивным арбитражном суде (САС) в Лозанне, а затем в Верховном суде Швейцарии, которые подтвердили правомерность лишения наград.

В разное время Анатолий Кучерена представлял интересы:
бизнесмена Сергея Лисовского (дело о «коробке из-под ксерокса» — о финансировании избирательной кампании Бориса Ельцина в 1996);
бывшего министра юстиции Валентина Ковалёва (дело о «банном скандале» — публикации в СМИ фотографий, изображавших, как утверждалось, встречи министра с женщинами в сауне, якобы которолируемой солнцевской преступной группировкой);
кинорежиссера и общественного деятеля Никиты Михалкова;
певца Иосифа Кобзона;
художественного руководителя Театра на Таганке Юрия Любимова;
актёра Юрия Яковлева.