Баранов старательно выполнял все задания, но иногда его преследовало форменное невезение. Так, один раз после закладки им в тайник контейнера с разведданными строительные рабочие заасфальтировали место закладки и его работа пошла прахом. Более того, американцы по-прежнему не выходили с ним на связь, но целых 26 раз передали по радио сообщение. В нем говорилось, что сигнал «Павлин», означающий готовность Баранова к личной встрече, ими зафиксирован, но провести ее они не в состоянии из-за случившегося 28 марта 1991 года пожара в здании посольства США в Москве.
Последняя встреча Баранова с сотрудником ЦРУ состоялась в апреле 1991 года. На ней ему рекомендовали по возможности больше не пользоваться тайниками, принимать инструкции по радио и выплатили 1250 рублей на ремонт личного автомобиля «Жигули», который пострадал в аварии. После этой встречи Баранов понял, что его надежды на бегство из СССР при помощи ЦРУ несбыточны. Вот что он говорил об этом во время следствия:
«Ни условия, ни способы и сроки возможного вывоза меня и семьи из СССР с американцами не обсуждались и до меня ими не доводились. На мой вопрос о возможной схеме вывоза в обоих случаях и в Дакке, и в Москве следовали заверения общего характера. Скажем, что мероприятие такого рода очень сложно и требует определенного времени и усилий для подготовки. Мол, такая схема будет доведена до моего сведения позже… Довольно скоро у меня возникли серьезные сомнения в том, что такая схема вообще когда-нибудь будет мне сообщена, а теперь… мои сомнения превратились в уверенность».
К концу лета 1992 года у Баранова не выдержали нервы. Посчитав, что на счете в австрийском банке у него должно находиться около шестидесяти тысяч долларов, Баранов решает нелегально покинуть страну. Взяв на работе 10 августа три дня отгула, он купил билет на авиарейс Москва — Вена, предварительно оформив через знакомого за 150 долларов фальшивый заграничный паспорт. Но 11 августа 1992 года при прохождении пограничного контроля в Шереметьево-2 Баранов был арестован, и на первом же допросе в военной контрразведке полностью признал свою вину.
Существует несколько версий того, как контрразведка вышла на Баранова. Первая была выдвинута контрразведкой и сводилась к тому, что Баранова вычислили в результате слежки за сотрудниками ЦРУ в Москве. Согласно этой версии, сотрудники наружного наблюдения в июне 1990 года обратили внимание на интерес оперативников ЦРУ в Москве к телефонной будке у станции метро «Кировская» и на всякий случай взяли ее под контроль. Через некоторое время в будке был зафиксирован Баранов, совершавший действия, весьма похожие на постановку условного сигнала. Спустя некоторое время Баранов вновь появился у той же будки, после чего его взяли в оперативную разработку и в момент попытки незаконного выезда из страны задержали. По второй версии Баранов попал в поле зрения контрразведки после того, как продал свои «Жигули» за 2500 немецких марок, что в 1991 году попадало под ст. 88 УК РСФСР. Еще одна версия сводится к тому, что пограничники задержали Баранова, потому что заподозрили что-то неладное с паспортом, а тот на допросе в контрразведке утратил контроль над собой и раскололся. Но наибольшего внимания заслуживает четвертая, самая простая версия: Баранова сдал все тот же О. Эймс.