В октябре 1944 года Холл приехал в отпуск в Нью-Йорк, где встретился со своим лучшим другом Сэвиллом Саксом, также выпускником Гарвардского университета. Оба были ярыми приверженцами коммунистических идей и быстро пришли к выводу, что в Советской России должны быть в курсе новейших американских разработок в области ядерных вооружений. Сакс отправился в нью-йоркскую штаб-квартиру КПА, однако дальше секретаря Эрла Браудера его не пустили. В конце концов кто-то посоветовал Саксу обратиться к Сергею Курнакову, советскому журналисту, публиковавшему свои статьи в газете американских коммунистов «Дейли уокер», а также в ряде других печатных изданий. Курнаков был офицером КГБ, работавшим в США под журналистским прикрытием.
Курнаков внимательно выслушал Сакса и встретился с Холлом. По итогам этой встречи резидентура КГБ в Нью-Йорке сообщила в Москву о том, что у Холла «необычайно острый ум и широкие взгляды» и что он «политически развит».
На первой же встрече с Курнаковым Холл передал ему отчет, в котором содержалась информация о расположении и внутреннем устройстве служебных зданий в Лос-Аламосе, о результатах проводимых там исследований и роли, которую в них играли отдельные ученые, трудившиеся над созданием атомной бомбы. Курнаков немедленно проинформировал о встрече с Холлом своих начальников – Анатолия Антоновича Яцкова, офицера КГБ, специализировавшегося в области научно-технической разведки, и Степана Апресяна, начальника резидентуры КГБ в Нью-Йорке. Спешка была вызвана скорым возвращением Холла в Лос-Аламос. По приказу Апресяна Курнаков снова повидался с Холлом, договорился о последующих контактах и сфотографировал его, чтобы связной мог опознать Холла при встрече. Однако первоначально связником Холла должен был стать Сакс, поскольку у КГБ не было времени, чтобы детально проработать этот вопрос.
Как следует из других дешифровок «Веноны», нью-йоркская резидентура навела дополнительные справки о Холле и Саксе через Бернара Шустера, своего связника с КПА. Холлу был присвоен псевдоним «Млад» (ему только что исполнилось 19 лет), а Саксу – «Стар» (он был несколько старше Холла). Вскоре от Холла была получена серия отчетов, касавшихся разработки детонационной системы для плутониевой атомной бомбы и методов, которые использовались для разделения урановых изотопов. Положение, которое занимал Холл в служебной иерархии в Лос-Аламосе, было не таким высоким, как у Фукса, однако он имел доступ к наиболее секретной части Манхэттенского проекта. В марте 1945 года Москва проинформировала нью-йоркскую резидентуру КГБ о том, что материалы Холла представляют огромный интерес. В Москве эти материалы были доведены до сведения Игоря Курчатова, руководителя советского проекта создания атомной бомбы, который дал им высокую оценку. В 1945 году Холл был призван на военную службу. Однако, учитывая его ценность как ученого-ядерщика, Холла немедленно произвели в офицеры и вернули в Лос-Аламос.
После окончания Второй мировой войны Холл перешел из Лос-Аламоса в Чикагский университет, где в 1950 году получил докторскую степень по физике. В 1962 году он переехал в Англию.
Холл и Сакс оказались в поле зрения ФБР в 1949 году, когда в ходе операции «Венона» в частично дешифрованном сообщении были обнаружены их имена. Это был доклад в Москву о первой встрече Курнакова с Холлом и Саксом, которым в тот момент еще не успели присвоить псевдонимы. В 1951 году сотрудники ФБР допросили Холла и Сакса. Оба заявили, что никаких контактов с советской разведкой у них не было. А Холл обвинил ФБР в том, что оно преследует его исключительно по политическим мотивам из-за его коммунистических взглядов. Учитывая решение не использовать дешифровки «Веноны» в суде и не имея на руках других доказательств шпионской деятельности Холла и Сакса, в ФБР отказались от предъявления им обвинения. Поскольку ни тот, ни другой больше не имели отношения ни к каким военным проектам, в 1952 году ФБР потеряло к ним всякий интерес. На это решение не повлияло даже то, что вскоре в ходе операции «Венона» были получены дополнительные сведения, изобличавшие Холла и Сакса в качестве агентов КГБ. Более того, после обнародования дешифровок «Веноны» в 1995 году ФБР попыталось скрыть этот факт от общественности.
В дешифровках «Веноны» также упоминается семейная пара агентов КГБ, которая принимала активное участие в добывании и передаче в Москву сведений о разработке в США атомной бомбы. Моррис Коэн (псевдоним «Волонтер» и «Луис») родился в 1910 году в Нью-Йорке в семье евреев – выходцев из России. Он был завербован в 1938 году в Испании, где сражался в составе интернациональных бригад. Со своей будущей женой Леонтиной Петке, еврейкой, вместе с родителями эмигрировавшей в США из Польши, Моррис познакомился на антифашистском митинге в Нью-Йорке. В 1942 году он был призван в армию, откуда вернулся только в 1945 году. Во время отсутствия мужа его функции агента-связника взяла на себя Леонтина («Лесли»).