Внутри находились пачка рублей мелкими купюрами, перетянутая резинкой, дополнительный запас из шести кассет для фотокамеры Т-50, несколько ювелирных изделий, авторучка-камуфляж, новые графики связи, одноразовые шифроблокноты, контактные линзы и персональные рекомендации агенту относительно фотопленки. Внутри также был лист — предостережение, напечатанное по-русски:
«ТОВАРИЩ! ВЫ ПРОНИКЛИ В ЧУЖУЮ ТАЙНУ. ВОЗЬМИТЕ ДЕНЬГИ И ЦЕННОСТИ, ОСТАЛЬНОЕ БРОСЬТЕ В РЕКУ И ЗАБУДЬТЕ ОБО ВСЕМ ЭТОМ. ВЫ БЫЛИ ПРЕДУПРЕЖДЕНЫ».
Если бы кто-то случайно нашел пакет и открыл контейнер, это угрожающее предостережение смогло бы подвигнуть нашедшего на то, чтобы избавиться от находки и не сообщать в КГБ.
Свой проверочный маршрут Петерсон завершила уже в сумерках. Уверенная в отсутствии слежки, в 22:30 она поместила пакет с контейнером в тайник, протолкнув его как можно глубже в щель. Затем она прошла несколько шагов к лестнице, чтобы спуститься с моста. Вдруг к ней быстро подошли трое мужчин и схватили за руки. Из-под моста тут же выехал фургон, и появилась еще дюжина офицеров КГБ. Чувствуя, что задержание женщины было неожиданностью для КГБ, Марта попыталась использовать это мгновенное замешательство в своих интересах и закричала: «Провокация!» Если бы в это время Огородник был в этом районе, крики и шум могли бы его предупредить.
Завязалась короткая борьба, и Марта — обладательница зеленого пояса по тхэквондо — нанесла одному из сотрудников КГБ болезненный удар в пах, прежде чем ее нейтрализовали. Сотрудники КГБ забрали контейнер из тайника, затем обыскали Петерсон и обнаружили прикрепленный «липучкой» к бюстгальтеру специальный радиосканер для прослушивания частот КГБ. «Ожерелье» на шее Петерсон работало как передающая индукционная антенна для крохотного приемника-наушника, вставленного в ее ухо. Предполагая, что сканер является устройством связи, офицеры КГБ пытались говорить в него в попытке получить ответ. Во время обыска маленький приемник в ухе Петерсон так и остался необнаруженным.
Затем Петерсон отвезли на Лубянку, в штаб Второго главного управления КГБ, где начался допрос. Вскоре были сделаны телефонные звонки в американское посольство с неприятной новостью об аресте американской гражданки. Представитель Государственного департамента США, прибыв на Лубянку и увидев задержанную Петерсон, был удивлен не менее, чем офицеры КГБ на мосту в момент ее задержания.