В 1924 г. после окончания Школы правоведения при Московском университете был принят на работу в Экономическое управление (ЭКУ) ГПУ, руководителем которого был его двоюродный брат Зиновий Кацнельсон. В 1926 г. он перешел на работу в органы внешней разведки ИНО ОГПУ.
В сентябре 1936 г. майор ГБ Л.Л. Никольский, он же Орлов, был направлен в Мадрид в качестве резидента НКВД и главного советника по внутренней безопасности и контрразведке при республиканском правительстве. Во время пребывания в Испании был одним из организаторов вывоза в Советский Союз испанского золотого запаса.
С началом репрессий, когда стали отзывать разведчиков в Москву, а там судить и, как правило, расстреливать сторонников Ягоды, он насторожился.
Орлов привлек к конкретной работе мужа Марины Цветаевой Сергея Эфрона и ее любовника Константина Родзевича по физическому уничтожению нескольких наших эксагентов, в том числе Игнатия Рейсса.
Вот как описывает встречу Рудольфа Абеля с Орловым в гостинице «Метрополь» в Валенсии писатель и переводчик Кирилл Викторович Хенкин.
Со слов Абеля:
«Войдя в гостиницу, я сказал дежурному, что мне нужно видеть товарища Орлова. После некоторого ожидания меня проводили. Если не ошибаюсь, на седьмом этаже…
Орлов вошел в комнату, сел на довольно значительном от меня расстоянии. Меня поразила его ухоженность. Было видно, что он только принял душ, только что побрился. Разумеется, с одеколоном. Он был одет по-утреннему: в серых фланелевых брюках, в шелковой рубашке без галстука. На поясе — открытая замшевая кобура с игрушечного размера пистолетом «Вальтер» калибра 7,65.
Выслушав мои путаные объяснения: кто я, зачем, от кого и откуда приехал и почему пришел именно к нему, — он не приказал охране меня пристрелить. И такое бывало! А ведь это оказалась спецчасть, подчиненная Орлову, — там занимались подготовкой к партизанской войне в тылу врага…
Для меня… встреча эта была шоком: первый представитель великого Советского Союза, которому я тогда поклонялся, выглядел самодовольным, холеным, вальяжным типом. Мне казалось, что добровольцам, примчавшимся из другой страны, чтобы поставить на кон свою жизнь в борьбе с фашизмом, могли бы оказывать более радушный прием. Короче, сияющий образ Советского Союза для меня в тот момент чуточку потускнел.
Кроме этой встречи в «Метрополе» мне пришлось видеть Орлова еще один раз мельком в Барселоне. Я запомнил лишь, как вскочили и вытянулись тогда все присутствующие в комнате. Это было незадолго до его бегства в Канаду, а оттуда — в США…»
Уже с осени 1936 г. начались масштабные репрессии. Были сняты с постов и физически уничтожены многие из тех, кто считался основателем ВЧК: Глеб Бокий, Яков Петерс, Иосиф Уншлихт, Федор Эйхманс и др. Дипломатов и других работников советских загранучреждений тоже стали приглашать «на доклады» в Москву, откуда они больше не возвращались. Так, в течение 1937 г. один за другим были отозваны в столицу полномочные представители СССР в Мадриде: М.И. Розенберг и Л.Я. Гайкис. Вскоре они были осуждены закрытыми судами и приговорены за измену Родине к ВМН — расстрелу.