Американцы клюнули, когда он подбросил в очередное послание секретные документы по радиолокации самолета. Для связи с ним Адольф указал пароль: если кто-то из американцев захочет позвонить ему, он должен был представиться Николаем. Новый резидент ЦРУ в Москве Гарднер Хаттавэй, после долгой проверки, решил выйти на связь с «инициативником». Через несколько месяцев, в феврале 1978 года Адольфу позвонил Николай. Вскоре он получил в тайнике 500 рублей и перечень вопросов, которые интересовали ЦРУ. Начались секретные встречи. Американцам удавалось все устроить так, что КГБ не засекал этих контактов. А для Хаттавэя это стало крупнейшим успехом в карьере. Недаром сначала он дал Толкачеву псевдоним Сфера, а через пару лет — Победитель.
Толкачев предал Родину по собственной инициативе, проявив даже немалую настойчивость. И первое время ему платили сравнительно немного — и сам Адольф стеснялся напрямую объяснить кураторам, что хочет стать богатым человеком. Но через несколько месяцев они поняли друг друга — и американцы не скупились на гонорары.
За семь лет работы на США он выдал 54 уникальных разработки советских ученых, около восьми тысяч снимков чертежей и документов. Среди рассекреченных данных оказались наработки по ракетным комплексам Р-23, Р-24, Р-33, Р-27, Р-60 и С-300. Последний удар был самым болезненным: по части противоракетных систем Москва далеко опережала Вашингтон, а тут они получили важнейшие данные…
Платили ему больше, чем президенту Америки. В США на имя инженера открыли счет — по приблизительным оценкам, за все годы своей работы на американцев шпион заработал почти два миллиона долларов. Еще 790 тысяч ему передали лично в рублевом эквиваленте. Получал он и дорогие лекарства, драгоценные камни, золото… Словом, был наиболее высокооплачиваемым советским шпионом в истории. Но ветераны ЦРУ считают, что его даже недооценивали, ведь Адольф был «шпионом на миллиард долларов». Данные, которые он передал противнику, по оценкам некоторых исследователей, давали в руки американцев решающий козырь в случае войны.
Толкачев работал по простой и эффективной схеме. В библиотеке своего института он имел право заказывать документацию с военной и научной статистикой, сведения о новых исследованиях оборонки и засекреченные научные монографии. Все это он фотографировал и в огромных количествах передавал «штатникам». Толкачев понимал, что его библиотечный формуляр может привлечь подозрения секретного отдела института. И с помощью американцев подменил его, удалив большинство прочитанных материалов. Для встреч шпиона со связными американцы разработали сложную систему знаков. Всю Москву разделили на сектора.
Летом 1984 года в КГБ поступила информация, что советские «МиГи», стоящие на вооружении арабских государств, во время конфликта в Ливане неожиданно стали уязвимыми для истребителей и зенитных ракет Израиля. Рассматривали разные причины — начиная с ошибок арабских пилотов, но очень скоро было установлено, что дело в другом. Противник слишком хорошо знал слабые места советских самолетов.
В КГБ, конечно, уже понимали, что в советском военно-промышленном комплексе появилась серьезная течь. Под подозрения подпали все работники институтов из сферы ракетостроения и авиации. Начались серьезные проверки. Американцы предложили ему переехать в Штаты. Он отказался — скорее всего, из-за семьи. Ждал более подходящего случая. Ему передали ампулу с ядом, спрятанную в авторучке «Ленинград». Резидент пугал Толкачева: дескать, если его разоблачат — непременно подвергнут жестоким пыткам. И в случае опасности просто необходимо покончить с собой.
Когда на «Фазотроне» началась проверка библиотечных формуляров — он перенервничал. Даже сжег в дачной печке несколько десятков тысяч рублей, уничтожая «улики». Интуиция не подвела его. Библиотекарь заметила, что в формуляре Толкачева точно нет нескольких книг, которые он брал. Экспертиза показала, что и формуляр поддельный. Началась секретная слежка за «товарищем Адольфом». Одновременно агента выдал экс-сотрудник ЦРУ, пошедший на контакт с КГБ в Австрии.
Сотрудники КГБ начали игру: они стали пополнять библиотечный фонд «Фазотрона» документами с дезинформацией, которую Толкачев продолжал поставлять своему куратору из ЦРУ. А доверяли ему американцы безоговорочно. Так чекистам удалось отыграть несколько очков у заокеанских противников. За Адольфом дотошно следили: практически окружили его квартиру — под видом ремонтных рабочих, соседей, охранников… Они видели все: его шифроблокноты, микрофотоаппараты… И даже не вызвали подозрения американцев. Но такие игры не могут продолжаться бесконечно. Пришло и время ареста.