Весной 1933 года Орлова назначают нелегальным резидентом в Париж, где он проживал по паспорту американского гражданина Уильяма Голдина. В состав резидентуры кроме него входили его помощник Александр Михайлович Коротков (ДЛИННЫЙ),[11] жена Орлова Мария (ЖАННА) как сотрудник по технике и местной связи и связник ЭКСПРЕСС. Основной задачей резидентуры была разработка Второго бюро французского Генерального штаба (военная разведка) и его агентуры в СССР путем проведения вербовок в его важнейших отделениях. Но в апреле 1934 года Москве становится известно, что французская Сюртэ женераль осуществляет против сотрудников возглавляемой Орловым резидентуры контрразведывательную операцию, после чего он был немедленно отозван из Парижа в Вену, где получил новое назначение — возглавить нелегальную резидентуру в Лондоне.
Разумеется, это был не первый приезд Орлова в Лондон. Еще в 1931 году он руководил работой нелегала, чье имя прогремело в 1957 году. Его звали Вильям Генрихович Фишер, позднее известный как полковник Рудольф Абель. Фишер приехал в Англию в июне 1931 года через Францию, где его встречал Орлов, имевший в то время псевдоним Швед. Фишер под руководством Шведа создал в Англии и Скандинавии сеть нелегальных передатчиков. Но по-видимому, было еще одно задание Орлова. Фишер употребил немало усилий на то, чтобы выполнить приказ Сталина — вернуть в СССР физика П.Л. Капицу. Капица выехал в Англию в 1921 году, а к 1931 году сделал великолепную карьеру, работал в Кембридже у Резерфорда и возвращаться в СССР не собирался. Письма коллег, уговоры посланцев из России, официальные делегации представителей СССР цели не достигали — Капица ехать в Москву не хотел. Но тут Капице встретился незадолго до этого прибывший из СССР молодой инженер, англичанин Вилли Фишер, женатый на русской, хорошо знакомый с условиями жизни в Советском Союзе, так как проработал там несколько лет по контракту. Он отзывался об условиях жизни в новой России исключительно положительно. Слова человека, лично не заинтересованного в возвращении Капицы в Москву, заставили знаменитого физика по-иному взглянуть на аргументы своих московских друзей и он вернулся в СССР.
Что же касается основных направлений работы лондонской нелегальной резидентуры ИНО НКВД, которой руководил Орлов, то он сам пишет об этом так:
«В начале тридцатых годов резидентуры НКВД сосредоточили усилия на вербовке молодых людей из влиятельных семей. Политический климат тех лет благоприятствовал этому. Молодое поколение было восприимчиво к идеям свободы и стремилось спасти мир от фашизма и уничтожить эксплуатацию человека человеком. На этом НКВД и строил свой подход к молодым людям, уставшим от бессмысленной жизни, удушающей атмосферы своего класса. И когда эти люди созревали для вступления в коммунистическую партию, им говорили, что они могут принести гораздо больше пользы, если будут держаться подальше от партии, скроют свои политические взгляды и примкнут к революционному подполью».