С 1936 года разработкой Седова и его окружения занималась группа разведчиков-нелегалов, возглавляемая болгарином Борисом Афанасьевым.

Лев Седов был активным сторонником и помощником Троцкого. Ещё подростком он сопровождал отца в его поездке по фронтам Гражданской войны в специальном поезде.

После второго процесса над Каменевым и Зиновьевым норвежское правительство было вынуждено интернировать Троцкого по требованию советских властей. Седов публикует «Красную книгу», в которой разоблачает фальсификаторский характер судилищ, подписав тем самым себе смертный приговор.

В 1934 году резидент советской разведки в Париже Станислав Глинский (псевдоним «Пётр») завербовал ровесника Седова — Марка Зборовского (псевдоним «Мак»), родившегося в состоятельной еврейской семье в украинском городе Умань. В 1920 году семья эмигрировала в Польшу. В 1935 году Зборовский познакомился с Седовым через жену последнего Жанну Молиньс. Спустя несколько месяцев «Пётр» сообщает в Москву: ««Мак» стал работать в «Международном секретариате троцкистов…»

В настоящее время источник встречается с «Сынком» (псевдоним Л Седова) чуть ли не каждый день. Этим самым считает выполненной вашу установку на продвижение источника в окружение Льва Давидовича».

Первоначально у «Сынка» были определенные подозрения в отношении связей «Мака» с НКВД. Однако впоследствии резидентуре удалось их развеять. В оперативном письме в Центр резидент писал: «Седов извинялся перед «Маком» за то, что в начале их знакомства подозревал его в том, что он агент советской разведки. Зборовский (в троцкистских кругах псевдоним «Этьен») получил доступ к документам Седова и имел возможность информировать резидента Глинского о всех действиях, планах и намерениях Троцкого и его сторонников». Поскольку «Мак» имел непосредственное отношение к выпуску «Бюллетеня оппозиции», советская разведка регулярно получала номера журнала.

В конце 1936 года «Мак» принимал участие в похищении и отправке в Москву архива Троцкого. «Демон революции» поручил своему сыну разделить архив на три части и одну из них передать в парижский филиал голландского Института социальной истории, которым руководил в то время меньшевик Николаевский. Зборовский, принимавший участие в доставке в Институт архива Троцкого, немедленно информировал об этом резидента. Спустя несколько дней на Институт был совершен ночной налёт, в ходе которого были изъяты все материалы Троцкого, и вскоре они были переправлены в Москву. Сам Зборовский по-прежнему оставался вне подозрений у Седова.

В одном из донесений резидента в Париже в Центр во время первого московского процесса над троцкистско-зиновьевским блоком в 1937 году сообщалось, что «Сынок» предложил «Маку» поехать в СССР на нелегальную работу. Но Зборовский под благовидным предлогом отказался от такого предложения.

В 1937 году Сталин был информирован внешней разведкой о том, что Лев Седов по указанию Троцкого приступил к работе по организации первого съезда IV Интернационала. В этой связи НКВД получил задание похитить «Сынка» и доставить его в Москву. Осуществить операцию по его похищению было поручено Якову Серебрянскому. План похищения был детально разработан и предусматривал два варианта его доставки — морским путем и по воздуху. С этой целью в середине 1937 года «группа Яши», так в оперативной переписке именовалась СГОН (Специальная группа особого назначения), в которую входили «люди Серебрянского», приобрела рыболовецкое судно и сняла на окраине одного из морских портов Франции небольшой домик, в котором поселилась «семейная пара» разведчиков-нелегалов.

По второму варианту «группой Яши» был закуплен самолёт и надёжный агент-лётчик стал готовиться к перелёту по маршруту Париж — Токио. Всего в этой операции участвовали семь человек, включая жену Якова Серебрянского. Однако, поскольку Зборовскому так и не удалось завлечь Льва Седова и его жену в такое место, откуда их можно было бы легко похитить, приказа на реализацию этой операции не поступило.

В феврале 1938 года от «Тюльпана» (очередной псевдоним Марка Зборовского) поступило новое сообщение о высказываниях «Сынка». Однажды Седов заявил источнику: «Здесь режим в СССР держится на Сталине, и достаточно его убрать, чтобы всё развалилось». Для Сталина этого было достаточно, чтобы отказаться от плана похищения Троцкого и его сына с целью организации «показательного процесса» над ними. Генсек отдает приказ Л. Берии ликвидировать обоих.

10 февраля 1938 года Седов был госпитализирован по поводу острого приступа аппендицита. Поскольку для госпитализации во французскую клинику нужно было предъявить паспорт, в котором указаны подлинные имя и фамилия владельца, то в целях конспирации было решено поместить его под именем французского инженера Мартена в частную клинику, принадлежавшую русскому эмигранту Симкову. Сразу же после госпитализации «Сынку» сделали операцию, и в течение четырёх дней отмечалось улучшение его состояния. «Мак» регулярно навещал больного.

Однако на пятую ночь послеоперационный период осложнился, и «Сынку» сделали повторную операцию. А 16 февраля 1938 года он скончался. Льву Седову было 32 года.

В марте 1939 года Сталин пригласил в Кремль наркома внутренних дел Лаврентия Берию и заместителя начальника внешней разведки Павла Судоплатова. Состоялся разговор о задачах закордонной разведки в условиях приближающейся мировой войны, Берия отметил, что в данных условиях главной задачей внешней разведки должна стать не борьба с вооруженной белогвардейской эмиграцией, а подготовка резидентур к войне и в первую очередь в Европе.

Для получения разведывательной информации о планах и намерениях потенциальных противников СССР главную ставку внешняя разведка должна сделать на приобретение агентов влияния из деловых и правительственных кругов Запада и Японии, которые имеют выходы на руководство своих стран и терпимо относятся к коммунистам.

Нарком отметил также, что левое движение в мире расколото из-за попыток Троцкого подчинить его своему влиянию. Он предложил нанести решительный удар по центру троцкистского движения за рубежом, поручив возглавить операцию по ликвидации Троцкого заместителю начальника внешней разведки П. Судоплатову.

Как позднее писал П. Судоплатов в своей книге «Разведка и Кремль», Сталин после некоторого раздумья заметил:

— В троцкистском движении нет важных политических фигур, кроме самого Троцкого. Если с Троцким будет покончено, угроза Коминтерну будет устранена.

Генсек выразил неудовлетворение тем, что разведывательные операции против Троцкого ведутся недостаточно активно. В 1937 году ликвидация этого главного политического противника Сталина была поручена Сергею Шпигельгласу, однако он «провалил важное правительственное задание».

Суровым тоном Сталин отдал приказ:

— Троцкий должен быть ликвидирован в течение года, прежде чем разразится неминуемая война. Без устранения Троцкого, как показывает испанский опыт, мы не можем быть уверены, в случае нападения империалистов на Советский Союз, в поддержке наших союзников из международного коммунистического движения. Им будет трудно выполнить свой интернациональный долг по дестабилизации тылов противника, развернув партизанскую войну.