По окончании аспирантуры в 1933 году В. А. Котельников, оставаясь преподавать в МЭИ, поступил на работу в Центральный научно-исследовательский институт связи (далее — ЦНИИС) наркомата связи на должность инженера, а затем главного инженера. В 1938–1939 годах в ЦНИИС была организована лаборатория под руководством В. А. Котельникова по засекречиванию телеграфной информации.
В 1935 году под руководством В. А. Котельникова и при его участии была создана первая в нашей стране многоканальная буквопечатающая установка для работы по радио, значительно превосходившая по своим параметрам зарубежные аналоги, и впоследствии широко использовалась в нашей стране. В 1938 году ему была присуждена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации, что произошло в Ленинградском электротехническом институте.
В. А. Котельников первым в СССР разработал принципы построения телеграфной аппаратуры засекречивания путем наложения шифра на сообщение, которое было реализовано в спецаппарате «Москва». Предложенная схема наложения шифра на открытый текст оказалась очень привлекательной и долгое время использовалась в аппаратуре засекречивания следующих поколений. Вместе с тем устройство формирования шифра, т. е. сам шифратор, сконструированный на электромеханических узлах, оказался сложным и громоздким.
В конце августа 1936 года в Испанию прибыли советские военные специалисты, которые занялись организацией управления войсками республиканской армии и защитой правительственных линий связи. Возглавлял связистов А. Н. Макаренко. Группа связистов состояла из 187 человек. Это была самая многочисленная группа советских военных специалистов, прибывших в Испанию.
Одновременно СССР поставил в Испанию большое количество радиостанций, которые использовались республиканской армией. В Мадриде, Малаге, Альмерии, Бильбао, Барселоне были установлены радиостанции и налажена шифрованная связь между ними. В восьми километрах от Валенсии, в Рокафорте, была создана станция радиоперехвата.
Из материалов радиоперехвата советские разведчики быстро определили, что франкистские войска используют радиостанции, связанные между собой на одной и той же волне и использующие фиксированные позывные. Позывные менялись каждый день, но являлись фиксированными для каждой радиостанции. Эта система очень удобна для практической радиосвязи, но через некоторое время после начала контроля она позволяет точно выявлять структуру подчиненности в такой сети (например, радиостанция командира полка, дивизии и т. п.). Кроме того, советские радисты провели анализ маскировки радиообмена радиостанций армии мятежников и определили, как конструировались таблицы позывных и длин волн.