Прибыв в Париж, она снимает номер в «Гранд-отеле» и приступает к выполнению своей миссии. Встречаясь со старыми знакомыми, Мата Хари пытается в светской болтовне узнать у них всевозможную интересную информацию. Среди её друзей и бывший военный министр Адольф Мессими, и лейтенант Жан Аллор, который служит в военном министерстве, наконец, и Жюль Камбон, генеральный секретарь министерства иностранных дел. Ночью она тоже не теряет зря времени, встречаясь со многими французскими и британскими офицерами.
Вскоре у неё складывается довольно полная картина намерений союзников на германском фронте. В конце года она сообщает германскому агенту, что, по крайней мере в ближайшее время французы не планируют наступательных операций. Это донесение подтверждает информацию, полученную из других источников. Поэтому германское командование готовит очередное наступление лишь к началу 1916 года.
Германская секретная служба тем временем начинает дезинформационную операцию. Она распространяет всевозможные слухи и инсценирует передвижения войск, чтобы создать впечатление, будто немцы готовят крупное наступление одновременно в Эльзасе и Фландрии. С помощью этих отвлекающих манёвров руководству германской армии удаётся скрыть подготовку к наступлению на Верден, намеченному на февраль 1916 года.
Из Парижа Мата Хари отправляется в Испанию. Эта поездка носила разведывательный характер — она получила задание провести наблюдения на железнодорожных узлах Центральной и Южной Франции за перемещениями военных эшелонов и за скоплениями войск. 11 января 1916 года Мата Хари достигает франко-испанской, пограничной станции Андэй, а ещё через сутки прибывает в Мадрид. Она останавливается в «Палас-отеле» и связывается с военным атташе германского посольства майором Калле, чтобы передать информацию о том, что видела и слышала во время путешествия. Эта информация, видимо, показалась майору настолько важной, что он распоряжается немедленно передать её консулу Крамеру в Амстердам. Радиограмма, как всегда, шифруется кодом министерства иностранных дел.
Никто не догадывается, что британская служба радиоподслушивания перехватывает его донесение и передаёт его своим агентам. Расшифровка германских радиограмм не представляет для англичан особого труда, поскольку Александр Сцек из немецкого радиоцентра в Брюсселе между ноябрём 1914 года и апрелем 1915 года постепенно переписал и передал британской разведке всю кодовую книгу германского МИДа.
Британская служба МИ-6 может без особых затруднений установить, какой именно агент поехал из Парижа через Андэй в Мадрид, чтобы затем сообщить о своих наблюдениях военному атташе Калле. Перехваченная радиограмма подтверждает выводы, сделанные недавно службой МИ-6, что Мата Хари завербована германской разведкой. После беседы в Мадриде она через Португалию возвращается в Гаагу, где её с нетерпением ожидает старый друг барон ван дер Капеллен.