В результате переговоров стороны пришли к соглашению: Леман обязался предоставлять интересующую советскую сторону информацию, за что ежемесячно ему стало выплачиваться 580 марок. В советской разведке ему были присвоены кодовые клички А-201 и Брайтенбах. Заметим, что оплата была крайне щедрой: 580 марок в месяц составляет 6960 марок в год, а, например, тот же Генрих Мюллер в 1929 году, являясь криминаль-секретарем, получал в год 2500 тысячи марок. Деятельность Лемана в Берлине курировали резиденты ИНО в Берлине Борис Давидович Берман, а затем Борис Моисеевич Гордон.[4]
В 1930 году по линии контрразведки Леману была поручена разработка персонала полпредства СССР, а также противодействие экономическому шпионажу СССР, что еще больше повысило его важность для советской разведки. Затем он руководил расследованием деятельности польских и чешских шпионов, следил за боевыми отрядами германской компартии, так называемыми «Красными фронтовиками». После прихода нацистов к власти в 1933 году Вилли Леман по рекомендации Германа Геринга был зачислен в только что созданное гестапо, то есть он стал сотрудником этой организации раньше, чем его будущий шеф Мюллер. В составе других чинов гестапо Леман принял участие в событиях «Ночи длинных ножей», когда были уничтожены сторонники Эрнста Рёма из числа высшего руководства СА. С декабря 1934 года непосредственную связь с Браутенбахом осуществлял советский нелегальный резидент Василий Михайлович Зарубин.
Леман по праву считался наиболее ценным агентом советской разведки в Германии. Он сообщал своим «работодателям» о всех планируемых гестапо мероприятиях в отношении советской резидентуры — о возможных арестах и провокациях, — и СССР всегда успевал принять необходимые меры. Одним из результатов деятельности Лемана стало то, что в течение 12 лет советская резидентура в Германии — а она была наиболее мощной и наиболее многочисленной в Европе — не имела ни одного провала. Он же передавал СССР данные о внутренней структуре гестапо, военной разведке, сведения о делах, находящихся в разработке спецслужб Германии. Постепенно Леман продвигался и по служебной лестнице: в 1936 году он возглавил реферат, ведавший контрразведкой на предприятиях военной промышленности. Получив доступ к военным секретам Германии, Леман вскоре передал в Москву информацию о начале производства бронетранспортеров и самоходных орудий, цельнометаллических истребителей, о закладке 70 океанических подводных лодок и т. д.
После отъезда Зарубина в декабре 1937 года из Берлина связь с Леманом осуществляли Рубен (возглавлявший легальную резидентуру Александр Иванович Агаянц), Маруся (М.Б. Васильковская — жена сотрудника резидентуры Короткова). После отъезда Маруси в ноябре 1937 года и смерти Агаянца в декабре 1938 года в Берлине не осталось никого, кто бы сохранил контакты с Леманом. Связь прервалась.