В течение дня на сопредельной территории началось необычное оживление, что выражалось в движении машин и выброске с японской заставы Пензау одного усиленного наряда в направлении погранзнака № 8 и одного – в направлении погранзнака № 7, чего раньше не наблюдалось. Факт бегства начальника УНКВД по ДВК был налицо. Позже это подтвердил закордонный агент Хуньчуньской жандармерии. По его данным, Люшков был обнаружен на территории Маньчжоу-Го пограничной стражей 13 июня в 5 час. утра. Его заметили в 15 м от штаба полицейского отряда. В утреннем тумане двое корейских полицейских подкрались к перебежчику на расстояние 5 м и окликнули его. Он сразу же поднял руки, затем достал два пистолета и бросил их. Его доставили в штаб, где он показал, что является начальником Управления НКВД по Дальневосточному краю, комиссаром госбезопасности Люшковым. Всех это поразило. Люшков сразу стал сообщать важные военные сведения, о чем незамедлительно передали в штаб Корейской и Квантунской армий.

Как и следовало ожидать, в Москве сразу же была арестована жена Люшкова – Нина Васильевна Письменная (урожденная Краузе). На допросах 15 и 16 июня она показала, что Люшков еще в мае начал уговаривать ее вместе с дочерью уехать в Москву, забрав все свои вещи и деньги, мотивируя это тем, что за время их отсутствия его, возможно, переведут в Москву. Перед отъездом он дал ей 8 тыс. рублей и облигаций на 6 тыс. рублей. Она также сообщила, что за семь лет совместной жизни с Люшковым (познакомились они в Харькове в 1931 году) не было случая, чтобы он чем-нибудь выказывал свою радость по поводу достижений советской власти. Более того, в его отношении к советской власти сквозила ирония. По ее словам, он был страшным карьеристом, лицемером, злопамятным и завистливым чиновником. Люшков носил маску, при помощи которой старался скрыть от людей, от партии и советской власти свою пошлость, свое двурушничество и предательство. Его наиболее близкими друзьями были Леплевский, Каган и Осинин.

Никаких улик в отношении того, что жена Люшкова знала о готовящемся побеге мужа, получено не было. Тем не менее 19 января 1939 года она как «член семьи изменника Родины» (ЧСИР) была осуждена на 8 лет лагерей. После реабилитации в 1962 году она нашла свою дочь Людмилу Яковлевну Письменную в Латвии (которая была дочерью Письменной от первого брака и приемной дочерью Люшкова). Оказалось, что дочь уехала туда к двоюродному брату – Владимиру Борисовичу Шульману, окончила Латвийскую государственную консерваторию, а также аспирантуру Ленинградской консерватории и с 1953 по 1996 год преподавала на факультете хорового дирижирования Латвийской консерватории. 30 апреля 1996 года Сейм Латвии за особые заслуги присвоил профессору Людмиле Яковлевне Письменной гражданство Латвии.

Однако, возможно, все было несколько иначе. Ёсиаки Хияма приводит слова бывшего начальника японской военной разведки в Сеуле Матасаки Онухи о том, что во время второго допроса Люшков выдвинул условия, на которых он согласен сотрудничать с японцами. Он потребовал гарантий своей безопасности в Японии, 500 тыс. японских иен и возможность выезда в третью страну. Люшков также просил получить подтверждение того, что его семья успела бежать в Финляндию…

Тем временем в Сеул прибыл представитель 2-го отдела Квантунской армии подполковник Тацуро Утагава и забрал Люшкова в штаб Квантунской армии в Харбин, где допросы продолжились. После этого на самолете Люшкова доставили в Токио и поселили в отдельном особняке в районе Кудан. Сведения Люшкова о том, что СССР намерен дождаться момента, когда Япония истощит свои силы в войне с Китаем, а затем напасть на нее, во многом изменили внешнеполитические и военные планы Японии.

Люшков получил должность старшего консультанта в секретном отделе, который занимался пропагандой, разведкой и психологической войной против СССР. Он передал японцам исключительно важные сведения о советских вооружённых силах, в частности об особенно интересующем их регионе – Дальнем Востоке. Не менее подробно он раскрыл организационную структуру и методы работы органов госбезопасности. Касаясь организации контрразведывательной деятельности, он отмечал, что меры контрразведывательного характера принимаются по линии агентурного наблюдения за командным составом и особенно штабными работниками, инженерами военных предприятий, за лицами, имеющими связь с учреждениями, которые ведут секретную переписку, за лицами иностранного происхождения и т. д. Они окружаются агентами на службе, изучаются их связи вне службы, их личные связи и связи с женщинами. Кроме того, используются начальники секретных отделов учреждений (где хранится секретная переписка), чтобы узнавать о настроениях лиц, имеющих отношение к секретной переписке. Специальный режим установлен вокруг служащих в иностранных консульствах. С целью пресечения всех возможностей с их стороны к ведению шпионской работы консульства окружаются агентами, за каждым служащим ведется грубое наблюдение, чтобы он это видел. Все лица, граждане СССР, входящие в консульство, после выхода оттуда немедленно задерживаются и, если устанавливается, что нет законных причин к посещению консульства, они арестовываются и сажаются. Так поступают и с теми лицами, которые находятся в контакте с консульскими чиновниками.

Люшков указал круг лиц, которых, по его мнению, нужно вербовать, и методы вербовки советских граждан. Он рассказал о предпринимаемых мерах по выявлению японских шпионов. Раскрыл японцам принципы вербовки агентуры органами НКВД. Основным контингентом для ведения разведки на территории Маньчжоу-Го считались китайцы. Были созданы две базы: одна в Манзовке, другая в Бикине, где были сконцентрированы китайские беженцы и бежавшие партизаны. Из них готовились кадры для переброски в Маньчжоу-Го. Главной целью являлось внедрение агентуры в местах расположения японских военных миссий: Сахаляне, Санчагоу, Фуйкане, Мишане, Пограничной, Хуньчуне и т. д.

По данным Ёсиаки Хиямы, «Люшков в качестве советника японской военной разведки принял участие в ликвидации закордонной агентурной сети советских спецслужб. Он выехал из Токио в город Чаньчунь, где расположился штаб Квантунской армии. Японские источники ничего не сообщают о количестве разоблаченных бывшим чекистом агентов НКВД и РУ РККА, ограничиваясь пространной фразой, что “русской разведке был нанесен серьезный удар”». Люшков лично принимал участие в допросе подозреваемых в сотрудничестве с советскими спецслужбами корейцев, русских и китайцев, применяя при этом самые изощренные пытки.

Он выдал японцам всю известную ему агентурную сеть на Дальнем Востоке – в частности, рассказал об операции «Маки-Мираж», которая проводилась на протяжении 13 лет под руководством Терентия Дмитриевича Дерибаса. Название этой контрразведывательной операции восходит к посевам мака и опиумному дурману в среде безработных китайцев. Здесь же, в Северной Маньчжурии, насчитывалось от 250 до 500 тыс. бывших белогвардейцев, среди которых выделялись семёновцы. Для их использования против Советского Союза японцы создали Монгольское торгово-промышленное общество, которое занималось подготовкой террористов и снабжением их оружием. Деятельностью всех этих организаций руководила Японская военная миссия в Харбине, которая к концу 1920-х годов превратилась в крупнейший разведывательный орган и работала под руководством второго отдела японского Генштаба.