В конце 1984 года Моторин вернулся в Москву и был переведен в управление «А» (активные мероприятия) ПГУ. Установленное за ним наблюдение не дало результатов, так как еще в Вашингтоне он условился, что в Москве на связь выйдет только в экстренном случае. Однако весной 1985 года О. Эймс сообщил, что Моторин работает на ФБР. Для того чтобы взять его с поличным, была разработана операция, в ходе которой Моторину поручили подготовить важное активное мероприятие против США на основании документов, полученных в Вашингтоне агентурным путем. Моторин попытался выйти на связь с сотрудником резидентуры ЦРУ в Москве и за несколько минут до встречи с ним на проспекте Мира был арестован. В момент задержания при нем был обнаружен контейнер с секретными материалами, которые он собирался передать американцам.
В ходе следствия факт сотрудничества Моторина со спецслужбами США был доказан. Военная коллегия Верховного суда СССР приговорила майора Моторина С.М. за измену Родине к расстрелу.
Другим сотрудником вашингтонской резидентуры КГБ, завербованным в 1983 году, оказался Валерий Мартынов. Мартынов родился в 1946 году. После окончания физико-технического института по специальности кибернетика и радиотехника он был приглашен на работу в КГБ и направлен в разведшколу. Затем по распределению попал в управление «Т» ПГУ, занимающееся научно-технической разведкой.
В начале восьмидесятых годов подполковник Мартынов был командирован в вашингтонскую резидентуру КГБ под дипломатическим прикрытием сначала третьего, а потом второго секретаря посольства. В резидентуре он работал по линии «X». Вместе с ним в США находились его жена, сын и дочь.
В 1983 году Мартынов был завербован сотрудниками ФБР и стал поставлять им информацию о новейших разработках СССР в области науки и об известных ему операциях резидентуры в этом направлении. О предательстве Мартынова в Москве узнали от О. Эймса весной 1985 года. Чтобы отозвать его в Москву, не вызвав подозрений, использовали появление в посольстве СССР в Вашингтоне В. Юрченко, заместителя начальника 1-го отдела ПГУ, исчезнувшего в августе 1985 года в Риме. (О самом Юрченко речь пойдет ниже.) Мартынову поручили сопровождать В. Юрченко в Москву, что в ФБР сочли большой удачей. По прилете в Москву 7 ноября 1985 года Мартынов был арестован в аэропорту Шереметьево и доставлен в следственный изолятор в Лефортово. Через некоторое время в Москву были отправлены его жена и дети под предлогом внезапной болезни мужа.
Следствие по делу о предательстве Мартынова продолжалось до конца 1986 года. По окончании следствия Военная коллегия Верховного суда СССР приговорила Мартынова за измену Родине к расстрелу. Приговор был приведен в исполнение 28 мая 1987 года.