В январе 1932 года Дейч вместе с женой приехал в Москву, перевелся из КПА в компартию нашей страны, а спустя несколько месяцев по рекомендации Коминтерна начал работать в Иностранном отделе ОГПУ. Помимо родного немецкого и «рабочего» русского Дейч свободно владел английским, французским и итальянским языками. В Иностранном отделе прошел ускоренный курс подготовки разведчика-нелегала, его жена освоила работу радистки.
В начале января 1933 года супругов направляют на нелегальную работу во Францию. Дейч становится помощником, а через некоторое время — заместителем резидента советской нелегальной разведки в этой стране. С позиций Франции успешно выполнял специальные задания Особой группы Центра в Бельгии, Австрии, Голландии, Германии и Палестине.
Для советской разведки того времени большой интерес представляла Великобритания. Однако после восстановления дипломатических отношений с Советским Союзом в 1929 году британские спецслужбы установили в отношении официальных советских представителей жесткий контрразведывательный режим. Поэтому Москва приняла решение активизировать разведывательную работу в Великобритании с нелегальных позиций.
Дейч получил задание обосноваться в Лондоне. В феврале 1934 года он переводится туда на нелегальную работу и для прикрытия становится студентом Лондонского университета. Учеба в университете дала возможность заводить широкие связи в среде студенческой молодежи. Будучи одаренным от природы, эрудированным человеком, натурой притягательной, тонко чувствующей сущность и внутренний мир людей, Дейч пользовался этим даром так, как ему подсказывали его наблюдения и интуиция. Он сосредоточил свои разведывательные интересы преимущественно на Кембриджском и Оксфордском университетах. Его как разведчика в первую очередь интересовали студенты, которые в перспективе могли стать надежными помощниками в разведывательной работе.
Следует подчеркнуть, что Дейч был первым советским разведчиком, который сделал твердую ставку на приобретение перспективной агентуры. Его неоценимая заслуга состоит в том, что он сумел создать и воспитать знаменитую «Кембриджскую пятерку» разведчиков, в которую входили Ким Филби, Дональд Маклин, Гай Бёрджесс, Энтони Блант и Джон Кернкросс.
В середине 1970-х годов Ким Филби говорил по поводу использования перспективной агентуры и о работе Дейча в данном направлении следующее:
«На момент вербовки у меня не было доступа ни к какой секретной информации, да и вообще ни к какой информации, кроме радио и газет. У меня не было работы. Я даже не знал, куда мне удастся устроиться, считал только, что мои надежды скорее всего могут быть связаны с журналистикой. И тем не менее меня завербовали. Единственное, что было известно обо мне сотруднику нелегальной разведки, это мое желание работать на дело коммунизма (даже в нелегальных условиях, если потребуется), да еще то, что я происходил из безукоризненной буржуазной семьи, получил буржуазное воспитание и образование. По сути, он вытянул из пачки чистый лист бумаги в надежде на то, что в один прекрасный день сам или кто-то другой сможет написать на нем что-нибудь полезное».
В одном из писем в Центр сам Дейч писал о своих помощниках:
«Все они пришли к нам по окончании университетов в Оксфорде и Кембридже. Они разделяли коммунистические убеждения. Это произошло под влиянием широкого революционного движения, которое за последние годы захватило некоторые слои английской интеллигенции и в особенности две крепости английской интеллектуальной жизни — Кембридж и Оксфорд.
Восемьдесят процентов высших государственных постов заполняется в Англии выходцами из Кембриджского и Оксфордского университетов, поскольку обучение в этих высших школах связано с расходами, доступными только богатым людям. Отдельные бедные студенты — исключение. Диплом такого университета открывает двери в высшие сферы государственной и политической жизни страны».
Все привлеченные Дейчем к сотрудничеству с советской разведкой члены «Кембриджской пятерки» успешно работали на Москву в течение длительного времени. Филби стал высокопоставленным сотрудником английской разведки, ее представителем при Центральном разведывательном управлении США. Блант всю Вторую мировую войну работал в контрразведке Великобритании. Кернкросс служил в британской дешифровальной службе, затем координировал деятельность английской разведки в Югославии. Маклин и Бёрджесс занимали высокие посты в английском дипломатическом ведомстве. От «пятерки» поступала ценнейшая разведывательная информация. В первую очередь она касалась состояния вооруженных сил Германии и отношения к СССР союзников по антигитлеровской коалиции. В частности, с помощью данных, полученных от «пятерки», советская внешняя разведка выявила попытки немцев вести сепаратные переговоры о мире с союзниками СССР (1942 год — Анкара, 1943 год — Стокгольм и Ватикан и, наконец, 1944–1945 годы — Швейцария). В Центр были переданы ценнейшие сведения о планах операции фашистских войск в районе Курска и о намерениях гитлеровцев применить на Восточном фронте новые виды боевой техники, телеграфная переписка МИДа Англии со своими загранпредставительствами, протоколы заседаний кабинета министров, комитета обороны и комитета начальников штабов. Особую ценность представили сведения о позиции западных стран по вопросам послевоенного урегулирования, а также доклад «Уранового комитета», подготовленный для Черчилля. В этом документе говорилось о начале работ по созданию в Великобритании и США атомной бомбы, ее конструкции и переносе на территорию США центра исследований и производства нового смертоносного оружия.
Помимо работы с перспективными источниками Дейч успешно решал и другие оперативные задачи. Так, в конце 1934 года им совместно с другим выдающимся советским разведчиком Дмитрием Быстролётовым был привлечен к сотрудничеству шифровальщик Управления связи британского МИДа, в результате чего советская разведка получила доступ к секретам британской дипломатии.
В сентябре 1937 года Арнольд Дейч возвратился из Лондона в Москву. Его деятельность была высоко оценена руководством Центра. За достигнутые успехи Дейч был представлен к награждению именным оружием. В одном из документов того времени говорилось: «За период нелегальной работы за границей Дейч проявил себя на различных участках подполья как исключительно инициативный и преданный работник».
В другой характеристике указывалось: «Во время работы в Англии Дейч зарекомендовал себя как особо ценный работник лондонской нелегальной резидентуры. Им лично приобретено более 20 источников, в том числе известная “пятерка”. Большинство из них поставляли особо ценные материалы».
В 1938 году разведчик, его жена и родившаяся в Лондоне дочь получают советское гражданство. Дейч становится научным сотрудником Института мирового хозяйства и мировой экономики АН СССР, где с его знаниями и опытом он принес немало пользы.
Сразу же после нападения гитлеровской Германии на СССР руководство разведки принимает решение направить Дейча на нелегальную работу в Латинскую Америку. Постоянным местом резидентуры была определена Аргентина, поддерживавшая в те годы политические и экономические отношения с фашистской Германией.
