Формально Мата Хари оставалась в Париже для продажи своей виллы и драгоценностей. Коллекцию дрезденского фарфора у нее купил, получив предварительно негласное указание какого-то высокопоставленного лица, Национальный музей. Когда кончились дела с распродажей, Мата Хари поступила в Красный Крест и добилась разрешения поехать в военную зону будто бы для того, чтобы ухаживать в госпитале за своим возлюбленным — русским капитаном, который получил тяжелое ранение. (Фамилию этого капитана иностранные авторы, пишущие о Мата Хари, передают по-разному, обычно как «Маров». В своих воспоминаниях «50 лет в строю» генерал А. А. Игнатьев уточняет, что речь шла о капитане Маслове.) В действительности целью Мата Хари было собрать информацию о намечавшемся в 1915 году широком наступлении Антанты на Западном фронте — в Артуа и Шмен-де-Дам. Хотя Второе бюро и начало подозревать Мата Хари, подозрения носили неопределенный характер, наблюдение за ней велось вяло, и в результате немцы получили все нужные им сведения. Наступление французов захлебнулось в крови. Они потеряли 250 тыс. убитыми против 140 тыс. погибших немцев.
В следующем году Мата Хари стала отвлекать внимание французского командования от предстоящей немецкой атаки на Верден, о которой заблаговременно сообщали разведчики Антанты. Французское командование, как известно, не прислушалось к донесениям собственной разведки. Накануне наступления немцы разгромили французскую разведывательную сеть в оккупированной немцами части Франции. За один день было арестовано 66 французских разведчиков. Кто предал их? Не та же ли Мата Хари? А она тем временем сумела познакомиться с известным американским авантюристом летчиком Бертом Холлом, служившим во французском иностранном легионе. Холл доставлял французских агентов за линию фронта. Сначала он действовал успешно, но после знакомства с Мата Хари начались сплошные провалы. Во французскую авиацию устроился и другой любовник Мата Хари, именовавший себя Пьером де Монтессаком. Это был великосветский кутила и игрок. Он также сделался немецким шпионом и передавал Мата Хари ценные сведения, которые она доставляла немцам, в частности через нейтральную Голландию.
Другим активным сотрудником Мата Хари был грек Константин Коудоянис, называвший себя графом Смирнским. Этот ловкий делец, говоривший на многих языках, занимался тайной продажей наркотиков. Впрочем, это его давнишнее занятие во время войны было лишь прикрытием роли немецкого агента. Мнимый граф резонно рассудил, что лучше попасться на таком незаконном промысле, чем быть уличенным в шпионаже. Коудоянис решил приобрести и вполне легальное занятие — он стал торговцем фруктами. Однако в военное время фруктов ввозилось мало, и доходы от этой торговли не могли быть большими. Тогда купец превратился в журналиста. Какой-то издатель газеты в Салониках напечатал несколько статей Коудояниса. Беда была в том, что сам этот издатель был тоже подозрительным лицом. Именно он посылал своему корреспонденту в Париже симпатические чернила и инструкции. Повествование о Коудоянисе включает и такую пикантную деталь: «граф Смирнский» был сластолюбив, и начальство, понимая безнадежность попыток вообще ограничивать его в этом отношении, если стремиться сохранить его в бодром духе и работоспособном состоянии, разрешало «графу» различные вольности, лишь категорически запрещая завязывать прочные связи. Первое время это вполне устраивало Коудояниса, но запретный плод сладок. Коудоянис встретил однажды даму полусвета по имени Регина. Она быстро сумела прибрать к рукам мнимого графа. Грек на время бросил другие увлечения и зажил со своей новой любовницей в квартире на бульваре Осман. Коудоянису не приходило в голову, что его возлюбленная — агент Второго бюро.
Однажды Мата Хари передала Коудоянису новые приказания. При этом танцовщица заметила, что на квартире грека жила какая-то женщина, связь с которой он тщательно скрывает. Но так как осторожный Коудоянис еще до этого посещения отослал Регину на несколько дней из Парижа, Мата Хари не имела доказательств и промолчала. Однако, зная, что за ней следят, Мата Хари стала подозревать после этого в предательстве Коудояниса. Танцовщица решила установить наблюдение за греком и с этой целью встретилась с Региной. Одевшись как уличная проститутка, Мата Хари легко разыскала Регину в одном из увеселительных заведений Парижа. Женщины быстро познакомились и разговорились. Мата Хари спросила Регину, где сейчас находится ее греческий «милый». Регина ответила, что он уехал в Реймс. Мата Хари таким образом установила, что грек многое рассказывает Регине, но это еще не было доказательством предательства. Скорее, глупости. Коудоянис действительно в это время в числе других иностранных корреспондентов уехал в Реймс.