Андриани запрещает своим агентам иметь личную жизнь, чтобы привязанность к тому или иному человеку не могла помешать работе. Шпионку Карлотту (Карен Морли (Милдред Линтон), для которой эта роль стала первой большой ролью в кино и чья кинокарьера прервалась в конце сороковых после вызова в Комиссию по расследованию антиамериканской деятельности и включения в «черный список Голливуда»), нарушившую это правило, он безжалостно убивает. А Мате Хари приказывает продолжать отношения с Розановым, но ни в коем случае не влюбляться в него. Но не дремлет и Дюбуа, глава французской контрразведки. Его сыграл С. Генри Гордон, позднее снявшийся в фильмах «Женщины в его жизни», «Крестоносцы» и «Месть Тарзана». Дюбуа уверен, что Мата Хари находится в Париже только для того, чтобы поближе познакомиться с высокопоставленными французскими, русскими и британскими военными и выведать для врага планы Антанты и перемещения союзных французских войск. Он делится своими подозрениями с Шубиным, но тот поднимает его на смех. Однако Шубин сам передает секретные сведения Мате Хари, которую ожидает для приватного ужина. Дюбуа надеется, что ревность генерала все-таки поможет разоблачить танцовщицу-шпионку, и рассказывает Шубину о связи Маты Хари с Розановым. Генерал, обуреваемый ревностью, набрасывается на Мату Хари с упреками. Чтобы успокоить его подозрения, танцовщица показывает генералу копии секретных документов, которые она выкрала у своего любовника Розанова. Она убеждает Шубина, что встречается с Алексеем только из-за своей шпионской работы. Однако генерал отказывается стать германским агентом и собирается звонить в посольство, чтобы организовать арест Маты Хари. Но она убивает его из пистолета.
Мата Хари просит Розанова немедленно покинуть Париж и ради его же блага забыть о ее существовании. После убийства Шубина ей нельзя оставаться в Париже, и Андриани направляет ее в Амстердам. Но незадолго до ее отъезда самолет Розанова разбивается, и Мата Хари, несмотря на запрет своего шефа, навещает тяжело раненного Алексея в госпитале. Она клянется ослепшему возлюбленному, что никогда больше не расстанется с ним. На выходе из госпиталя ее, в пылу любви забывшую о предосторожностях, арестовывает Дюбуа.
На процессе адвокат Маты Хари мэтр Карон (Алек Т. Френсис, британский актер, с 1911 года и до своей смерти в 1934 году успевший сняться в 241 фильме!) указывает на слабость доводов Дюбуа и на то, что все улики против его подзащитной получены из вторых рук. Однако когда Дюбуа угрожает, что потребует доставить в судебное заседание Розанова, чтобы свидетельствовать, что он встретил Мату Хари возле бюро Шубина сразу же после убийства, Мата Хари капитулирует. Чтобы уберечь своего тяжело раненного возлюбленного от допросов и от необходимости свидетельствовать против нее самой, Мата Хари признается в убийстве Шубина и шпионаже, чем подписывает себе смертный приговор. Ее предают военному суду и приговаривают к расстрелу. Она пишет письмо Алексею, что какое-то время не сможет его навещать, поскольку едет в санаторий для поправления здоровья.
В тюрьме ее навещает Алексей. Будучи незрячим, он думает, что Мата Хари находится в палате санатория и ожидает хирургической операции. В этой уверенности его поддерживают как тюремщик, так и заботящиеся о Мате Хари сестры-монахини. Розанов говорит, что он, как кажется, в скором времени сможет вновь видеть. Он надеется, что они с Матой Хари будут вместе и будут жить долго и счастливо после того, как она поправится. Перед тем, как ее должны отвести на казнь, Мата Хари просит любимого не страдать слишком сильно, если во время операции она вдруг умрет.
Экранной Мате Хари добавили еще убийство генерала, чтобы применение к ней смертной казни у зрителей никаких сомнений не вызывало. Что же касается сюжета голливудского фильма, то, как мы убедились, он не имеет ничего общего не только с истинным ходом событий, но даже и с официальной французской версией, которая оставалась господствовавшей в мире в двадцатые-тридцатые годы XX века.
Надо подчеркнуть, что для Греты Гарбо «Мата Хари» стал наиболее коммерчески успешным из всех фильмов производства MGM, в которых она снялась. Прибыль от этого фильма превысила миллион долларов. Он стал самым успешным фильмом 1931 года. Общая выручка за «Мату Хари» составила 2227 тысяч долларов, из которых только 931 тысяч пришлась на Америку, а остальное – на Европу. В наше время тогдашние 2,23 млн долларов считают эквивалентным примерно 31,6 млн сегодняшних долларов.
Интересно, что после своего повторного выпуска на экран в мае 1939 года фильм 1931 года был подвергнут цензуре, поскольку «кодекс Хейса», регулирующий деятельность американской кинопромышленности, стал более пуританским. Было сделано по крайней мере одно сокращение – в сцене соблазнения Розанова Матой Хари, в связи с чем конец сцены был заменен затемнением.