В Башкирии служил до мая 1923 года. Затем был отозван в Москву и направлен на учебу на Восточный факультет Военной академии РККА. После окончания академии принят на работу в Иностранный отдел ОГПУ и вскоре назначен заместителем руководителя резидентуры в Шанхае. В начале 1927 года, незадолго до захвата города войсками Чан Кайши, возглавил резидентуру ОГПУ в Пекине.

В апреле 1927 года по указанию Чан Кайши китайская полиция совершила налет на советское генеральное консульство в Пекине и разгромила его. После этих событий возглавил резидентуру ОГПУ в Харбине. Для молодого разведчика это, безусловно, было повышением по службе. В Маньчжурии, столицей которой был Харбин, в то время постоянно проживали более ста тысяч выходцев из России. Здесь нашли убежище многочисленные представители царской армии и белогвардейских банд, в том числе отряды атамана Семенова.

В то же время харбинская резидентура активно действовала не только по белогвардейской эмиграции. Весьма эффективной была ее работа против японских спецслужб, готовивших оккупацию Маньчжурии императорскими войсками.

Между тем активность резидентуры ОГПУ в Харбине не осталась незамеченной местными властями. 27 мая 1929 года был произведен налет на советское генеральное консульство, 17 июля советское правительство заявило о разрыве дипломатических отношений с Китаем. Все «легальные» резидентуры ОГПУ в этой стране, а их было около десяти, временно прекратили свою работу. Разведка на территории и с территории Китая стала вестись с нелегальных позиций. Эйтингон возвратился в Москву.

Молодой разведчик, уже накопивший серьезный оперативный опыт, не задержался в Центре, а практически сразу возглавил резидентуру в Стамбуле, где советские разведчики успешно занимались разработкой дипломатических представительств Японии, Франции и Австрии, а также активно добывали информацию о деятельности в стране различных групп антисоветской эмиграции — украинской, азербайджанской, северокавказской.

В июне 1930 года бежал на Запад работавший в Турции нелегал Агабеков, с которым Эйтингон поддерживал оперативную связь. Это обстоятельство вынудило Центр отозвать резидента в Москву, чтобы избежать различного рода провокаций.

В Москве Эйтингон был назначен заместителем Серебрянского, возглавлявшего Специальную группу при председателе ОГПУ. С позиций группы он выезжал в США и другие страны, где осуществил ряд ценных вербовок.

Однако, несмотря на существенные положительные результаты в работе, в конце 1931 года Эйтингон поставил перед руководством ОГПУ вопрос о своем переводе обратно в ИНО и в начале 1932 года был командирован во Францию, а затем в Бельгию. В середине 1933 года возвратился в Центр и был назначен руководителем подразделения нелегальной разведки. Но уже в конце того же года надолго выезжал на работу в США, Китай, Иран и Германию. Основные задачи, которые были поставлены перед ним руководством разведки, заключались в совершенствовании деятельности нелегальных резидентур. С поставленными задачами Эйтингон справился успешно, о чем свидетельствует присвоение ему в начале 1936 года звания майора госбезопасности, что соответствовало армейскому званию полковника.

В период гражданской войны в Испании Эйтингон являлся заместителем резидента НКВД в этой стране. В качестве основной перед ним была поставлена задача по организации партизанских отрядов и диверсионных групп в тылу франкистов. В 1938 году Эйтингон возглавил резидентуру НКВД в Испании. Работать ему пришлось в исключительно сложных условиях. В феврале 1939 года он осуществил отправку республиканского руководства и лидеров испанской компартии во Францию, а также сотрудников советских учреждений в Испании на родину. Весной 1939 года разведчик возвратился в Москву. За работу в Испании он был награжден орденом Красного Знамени.

В первые дни Великой Отечественной войны Эйтингон был назначен заместителем начальника Особой группы при наркоме внутренних дел, которую возглавлял легендарный чекист генерал Судоплатов. 18 января 1942 года, в связи с расширением партизанской борьбы на оккупированной германским вермахтом советской территории, было образовано 4-е Управление НКВД во главе с Судоплатовым. 20 августа того же года Эйтингон стал его заместителем. На это управление возлагались задачи по организации в крупных городах на оккупированных территориях нелегальных резидентур, внедрению агентуры в оккупационные военные и административные органы.

Помимо решения этих задач Эйтингон сыграл ведущую роль в проведении ставших легендарными оперативных радиоигр против немецкой разведки «Монастырь» и «Березино». Участие Эйтингона в этих операциях было отмечено полководческим орденом Суворова 2-й степени.

5 ноября 1945 года Указом Президиума Верховного Совета СССР Науму Исааковичу Эйтингону за успешно проведенную операцию «Березино» было присвоено звание генерал-майора.

В конце 1946 года Эйтингон получил новое задание руководства разведки. Он был направлен в китайскую провинцию Синьцзян (Восточный Туркестан) для оказания помощи китайскому руководству в установлении полного контроля над этой провинцией.

В 1947 году генерал-майор Эйтингон был вновь назначен заместителем Судоплатова, возглавлявшего отдел по диверсионной работе за границей. В послевоенные годы ему пришлось принимать активное участие в разработке и реализации оперативных мероприятий, в частности, по ликвидации литовских националистических бандформирований.

Однако занимаемое Эйтингоном высокое положение в органах госбезопасности и значительные успехи в оперативной работе не смогли уберечь его от серьезных неприятностей.

В июне 1953 года был арестован Лаврентий Берия. Вслед за ним по «делу Берии» были арестованы Павел Судоплатов и Наум Эйтингон, а также ряд других ответственных сотрудников Наркомата внутренних дел.

Эйтингон оказался за решеткой. Четыре года он провел в Бутырской тюрьме без суда. В марте 1957 года был осужден Военной коллегией Верховного суда СССР к 12 годам лишения свободы. Срок отбывал во Владимирской тюрьме, как говорится, «от звонка до звонка». На свободу вышел только 20 марта 1964 года. Эйтингону разрешили проживать в Москве вместе с семьей. Поскольку он свободно владел несколькими иностранными языками, то устроился работать переводчиком, а затем — старшим редактором в издательство «Международные отношения».

Наум Исаакович Эйтингон скончался 3 мая 1981 года, так и не дождавшись реабилитации. Никаких официальных некрологов в газетах не было. Во время похорон на Донском кладбище в Москве видный советский чекист, Герой Советского Союза, полковник Евгений Иванович Мирковский сказал: «Сегодня у этой могилы как бы завершается рыцарская эпоха в истории нашей ЧК…»

Честное имя легендарного советского разведчика было восстановлено только в апреле 1992 года, через 11 лет после его кончины. А 9 мая того же года детям Наума Исааковича были возвращены его награды: два ордена Ленина, два ордена Красного Знамени, ордена Суворова 2-й степени и Отечественной войны 1-й степени, два ордена Красной Звезды, а также медали.