Ко времени отъезда Фултона из Москвы Толкачёв отправил три письма, но ни на одно не получил ответа. Когда в середине 1977 года Фултона сменил Гарднер (Гэс) Хэттавей, Толкачёв продолжал писать ЦРУ, но все его послания по-прежнему оставались без ответа.

Наложенный Тёрнером запрет не оставлял Хэттавею никаких возможностей, но вскоре резидент стал умолять Вашингтон разрешить ему контакт с неизвестным «добровольцем». Вернувшийся к тому времени из Москвы в Вашингтон Джек Даунинг, который занял пост помощника Тёрнера, тоже стал уговаривать Тёрнера снять мораторий с операций в Москве.

Тем временем Толкачёв осмелел. Он передал Хэттавею записку, в которой указал часть номера своего телефона. Он добавил, что если американцы в определенное время выйдут на конкретную автобусную остановку, то увидят его держащим в руках предмет, на котором будут написаны две последние цифры номера его телефона. ЦРУ направило на автобусную остановку своего работника и действительно получило полный номер телефона. Тёрнер наконец сдался и разрешил Хэттавею установить контакт с таинственным «добровольцем». Однако когда работник ЦРУ, которому удалось на короткое время избавиться от слежки, позвонил по этому телефону, ответила жена Толкачёва, и он повесил трубку.

Прошло еще несколько месяцев, но стороны никак не могли встретиться. Ничего не зная о звонке ЦРУ, Толкачёв оставил Хэттавею еще одну записку. Когда и это не сработало, он подошел к итальянцу, который был мажордомом в резиденции посла США, знаменитом Спасо-хаузе. Когда итальянец приехал на рынок на машине с дипломатическим номером, Толкачёв поравнялся с ним и спросил, может ли он передать записку американскому дипломату. Итальянец ответил согласием, и Адольф передал ему еще одно письмо.

Это была шестая попытка Толкачёва установить контакт с американцами, и ЦРУ уже понимало, что имеет дело с искренним «добровольцем», пытающимся с риском для жизни связаться с американцами. Настало время взять инициативу в свои руки и предложить этому настойчивому «добровольцу» надежные и безопасные условия связи. Но Хэттавей должен был действовать очень осторожно, так как любой сбой мог побудить Тёрнера навсегда запретить в Москве все операции.

Заместитель Хэттавея Джон Гуилшер сумел во время антракта в Большом театре незаметно от наружного наблюдения покинуть здание и позвонить Толкачёву по телефону-автомату. На этот раз он застал его дома и сообщил, что американцы получили все его письма, теперь он должен, не предпринимая новых попыток, терпеливо ждать.

Следующий раз Гуилшер позвонил Толкачёву из телефонной будки, расположенной неподалеку от его квартиры, и сказал ему, что он должен подобрать оставленную для него за этой будкой грязную рукавицу. В ней он найдет условия связи, средства тайнописи и вопросы, на которые должен ответить, чтобы доказать, что действительно имеет доступ к советским техническим секретам, о которых пишет в своих записках.

Из письма, направленного Толкачёвым на конспиративный адрес в Германии, экспертам ЦРУ стало ясно, что он говорит правду; это действительно был ученый с невообразимым доступом к советским секретам. Они пришли к выводу, что он не может быть двойным агентом, поскольку совершенно исключалось, чтобы Советы стали подставлять американцам человека, имеющего доступ к столь важным военным секретам. После того как письмо было изучено в ЦРУ, Гуилшеру разрешили в январе 1979 года встретиться с Толкачёвым.

На этот раз Гуилшер позвонил из телефонной будки около парка им. Горького и предложил Толкачёву немедленно встретиться. Гуляя по парку, они выработали план шпионской карьеры Толкачёва.

Вскоре стало ясно, что с Толкачёвым нельзя работать по традиционной схеме безличной связи, которую ЦРУ предпочитало использовать в Москве. Он был готов каждый раз передавать по несколько десятков кассет с пленкой, что оказалось слишком громоздко для тайника, подобранного в какой-нибудь тихой аллее. Работник московской резидентуры должен был каждый раз встречаться с ним лично. Для организации встреч ЦРУ снабдило Толкачёва современным быстродействующим радиопередатчиком. Эта спецтехника, имевшая кодовое название «Диск», могла молниеносно передавать сообщения объемом 2300 знаков на расстояние до одной мили.

Гуилшер встречался с Толкачёвым примерно раз в три месяца. Сначала Адольф передавал написанные от руки подробные сообщения о новом радаре для советских самолетов-истребителей, в создании которого он участвовал. Однако вскоре он получил фотоаппарат, и с этого момента на каждую встречу приносил пакеты, заполненные кассетами с 35-миллиметровой фотопленкой, на которой была запечатлена секретная документация его института. Толкачёв просто изумлял американских разведчиков своей производительностью. На одной из встреч он передал 174 кассеты по 36 снимков в каждой. На работе в КБ у Толкачёва не было отдельного кабинета, но он был готов, подвергаясь колоссальному риску, фотографировать документы на своем рабочем месте почти на глазах у своих коллег. Он научился огораживать свое место стопками книг и, прикрываясь иш, фотографировать документы. На работе он использовал миниатюрные фотокамеры, которыми его снабдило ЦРУ. Сначала это была фотокамера размером со спичечный коробок, известная как «молли»[18]. Потом американцы заменили ее аппаратом марки Т-100 в виде тоненького цилиндра длиной примерно три с половиной сантиметра, на смену которому пришел еще более совершенный Т-50. Но Толкачёв предпочитал более надежную 35-миллиметровую камеру. Часто он брал служебные документы в обеденный перерыв домой, а после фотографирования возвращал их в библиотеку своего КБ.

Его работоспособность просто ошеломляла работников ЦРУ и сделала его тайной суперзвездой в аппарате национальной безопасности США. В Лэнгли любили говорить, что Толкачёв оплачивает счета ЦРУ за аренду служебных помещений и почти единолично оправдывает бюджет ЦРУ. Поступавшая от него информация позволяла ВВС США заранее узнать, что будет представлять собой следующее поколение советских истребителей, а это означало, что американские самолеты могли конструироваться так, чтобы они превосходили все, что может появиться у СССР.

Среди многих секретов, которые Толкачёв передал за шесть лет, была информация об электронном оборудовании самолетов, о радарах, ракетах и других системах оружия для истребителя МиГ-23; о радарах и ракетном вооружении самолета МиГ-25; о появлении новых истребителей Су-27 и МиГ-29 и их радарных установках. Информация Толкачёва также нередко показывала Пентагону, что американские исследования, имевшие своей целью выработку средств противодействия советским системам, шли в неверном направлении. В результате несколько американских оборонных программ были прекращены как бесперспективные. В декабре 1979 года ВВС полностью изменили концепцию электронного оборудования самолета F-15, стоившую 70 миллионов долларов. В 1979 году в письме директору ЦРУ Стэнсфилду Тёрнеру начальник штаба ВВС генерал Лью Аллен отметил, что полученная от Толкачёва разведывательная информация была просто «бесценной». В мае того же года ЦРУ провело трехдневный семинар для представителей Разведывательного управления Министерства обороны, ВВС и других ведомств с целью анализа работы Толкачёва. Участники пришли к общему выводу, что Толкачёв позволил США сэкономить «миллиарды долларов и примерно пять лет на исследования».