Сотрудник ЦРУ сообщил ему, что принес некоторые материалы и инструкции, которые Толкачев должен внимательно изучить и в дальнейшем следовать им. После этого он вытащил из карманов пальто конверт с инструкциями, пакет с минифотоаппаратами и коробку с деньгами. Все это Толкачев рассовал по своим карманам.
Сотрудник американской разведки предупредил Толкачева, что в числе других инструкций ему переданы описания тайников, по средствам которых будет осуществляться между ними связь. При этом американец предупредил его, что и он свои материалы будет направлять им с помощью тайников. Разведчик ЦРУ советовал ему внимательно изучить описание тайников, маршруты движения к ним, условные сигналы, предваряющие закладку в тайник материалов, как со стороны Толкачева, так и со стороны американцев. Услышав о таком способе связи с американцами, Толкачев сразу ответил своему собеседнику, что он и слышать не хочет о тайниках. У него еще по художественной литературе и каким-то советским официальным публикациям сложилось мнение о тайниках, как о ненадежном способе связи.
Толкачев твердо заявил американцу, что согласен только на личные встречи. Разведчик попытался уговорить его, что тайниковая связь — это надежный, простой и безопасный способ связи. Толкачев стоял на своем — только личные встречи. В конце концов американец заявил, что они «утрясут» этот вопрос и на следующий встрече он сообщит ему результат, но посоветовал все-таки изучить внимательно инструкции и описания тайников.
На этой первой личной встрече с представителем ЦРУ Толкачев заявил, что знает важность и большую ценность информации, которой он располагает, поэтому готов передать ее только за соответствующее материальное вознаграждение.
В марте 1979 г. Толкачев встретился с этим же представителем ЦРУ все у того же телефона-автомата. На этой встрече американец сообщил ему, что в соответствии с его пожеланием связь с ним будет осуществляться по средствам личных встреч. Места для таких встреч ими уже подобраны, их описание находится в переданных ему на этой встрече инструкциях и других материалах.
Решила американская разведка и вопрос о материальных вознаграждениях Толкачеву. В декабре 1979 г. очередной представитель ЦРУ сообщил ему на встрече, что в разведцентре США высоко оценивают поступившую от него информацию и поэтому на его имя в одном из банков США открыт счет, на который ежегодно будут перечисляться крупные суммы в долларах США, а проценты от этих вкладов в советской валюте — передаваться ему в Москве на явках. Всего за время сотрудничества с ЦРУ Толкачев на личных конспиративных встречах получил от американцев около 800 тыс. рублей и на его счете в банке находилось 1990729 долларов США (или почти 6 миллионов рублей).
10 и 11 июня 1985 г. во время обысков на квартире и на даче Толкачева в специально оборудованных тайниках были обнаружены доказательства его шпионской деятельности и инструкции ЦРУ по связи и задания по сбору интересующей американскую разведку информации миниатюрные фотоаппараты специальной конструкции с экспонированными пленками, приготовленные для передачи американцам, другие материалы и снаряжения, а также деньги в сумме свыше 450 тыс. рублей. У него так же была изъята полученная в 1982 г. от американской разведки ампула с ядом мгновенного действия, укрытая в корпусе авторучки.
Как уже указывалось, советских денег Толкачев получил от ЦРУ около 800 тыс. рублей, а изъяли у него чуть больше 450 тыс. рублей. Куда же девал он остальные?
В апреле 1982 г. в отделении № 1 НИИ радиостроения, где Толкачев работал ведущим конструктором, режимным аппаратом стали составлять списки сотрудников, допущенных к материалам по системе государственного опознавания самолетов (система «свой-чужой») с включением сведений о домашних адресах и номерах телефонов. Это страшно перепугало Толкачева, так как в начале апреля он передал американцам совершенно секретные сведения по данной системе, включая сведения о режимах работы и параметрах соответствующей бортовой аппаратуры советских самолетов: истребителей-перехватчиков. Опасаясь возможности разоблачения, он рванул на машине на дачу, где в печке сжег все уликовые материалы, полученные от американцев, в том числе инструкции, фотоаппарат «Пентакс» и большое количество советских денег.
Толкачев был одним из самых высокооплачиваемых предателей XX века. Но то, что он получил от американских спецорганов можно назвать мизерной суммой по сравнению с той, какую должны были истратить американцы на соответствующие исследования в области электронной военной техники. Прибыль, полученная ими от совместного предприятия «ЦРУ — Толкачев», равнялась десяткам миллиардов долларов.
Собранные сведения в указанный период Толкачев передал пяти сотрудникам ЦРУ на 19 личных конспиративных встречах на заранее обусловленных местах в Москве. Всего он передал 54 научно-исследовательских материала и документа общим объемом 8094 листа и ряд письменных сообщений.