Пока Пелтон разговаривал с сотрудниками резидентуры, дежурный техник комплекса «Зенит», прослушивая радиочастоты, на которых работали агенты ФБР, зафиксировал всплеск переговоров с использованием переносных и автомобильных радиопередатчиков. Из этого был сделан вывод, что агенты ФБР зафиксировали приход Пелтона в посольство и сейчас пытаются установить его личность. Чтобы этого не произошло, Пелтону сбрили бороду, переодели в комбинезон, загримировали под рабочего и в микроавтобусе вместе с работниками посольства отвезли в Маунт-Альто, район, где расположены дома советского дипкорпуса. Там Пелтона накормили обедом, а потом отвезли к месту парковки его автомобиля.
Местом для контактов с «Лонгом» (псевдоним Пелтона в ПГУ КГБ) была выбрана Вена. Каждую последнюю субботу он отправлялся в пиццерию, и если в 8 часов вечера ему звонили туда и говорили: «У нас для вас кое-что есть», то он отправлялся в Вену на встречу со своим оператором Анатолием Славовым. Для поездки ему выдавали 2000 долларов, которые он должен был взять из тайника, находящегося в другой пиццерии. Первая поездка Пелтона в Вену состоялась в октябре 1980 года. Во время нее он в течение четырех дней по 8 часов рассказывал все, что знал об АНБ. Обладая феноменальной памятью, Пелтон сообщил подробную и весьма специфическую информацию со множеством технических параметров. При этом он пересказывал не только содержание документов, но и их атрибуты — даты и номера учета, фамилии подписавших резолюции и т. д. Сотрудничество Пелтона с советской разведкой длилось шесть лет, в течение которых он получил 35 тыс. долларов и 5000 долларов на дорожные расходы. Последний раз он посетил Вену в апреле 1985 года, но встреча со Славовым по неизвестным причинам не состоялась.
За время работы на КГБ Пелтон подробно рассказал Славову о деятельности и элементах системы безопасности АНБ в 70-е годы. Он также составил 60-страничный документ, озаглавленный им «Папка параметров связи». В этом документе говорилось о средствах связи, которые считались в АНБ наиболее важными, описывалась процедура их анализа, а также приводились основные результаты этого анализа. Кроме того, он рассказал о пяти системах сбора данных электронной разведки и среди них об операции «Айви Беллз», в ходе которой на советский подводный кабель в Охотском море было прикреплено устройство, позволяющее считывать проходящую по нему информацию.
В 1981 году военные моряки сняли с кабеля прослушивающее устройство. А для того чтобы Пелтон не попал под подозрение, была запущена дезинформация о том, что устройство случайно обнаружили советские рыбаки. Интересно отметить, что эту версию поддерживали «на плаву» и после ареста Пелтона. Так, в 1994 году бывший командующий Тихоокеанским флотом адмирал Владимир Сидоров в интервью корреспонденту «Известий» рассказывал следующее:
«Рыбаки вышли в море за камбалой и крабами, зацепили телефонный кабель и порвали его… Обрыв обнаружили быстро, но на Охотское море надвигался глубокий циклон, в районе работ прогнозировался ветер силой до тридцати метров в секунду. Решили до окончания штормовой погоды направить судно в магаданской порт. И вдруг ночью от командира кабельного судна приходит донесение о том, что во время поиска обрыва на кабеле обнаружен огромный контейнер иностранного производства, поднять который из-за плохой погоды через носовое устройство прокладки кабеля нельзя. Кроме того, он настолько тяжел, что поднять его можно только носовым краном, на что потребуется не менее двух часов. В 5 часов утра командир «Тавды» доложил, что контейнер весом семь тонн, длиной пять метров поднят на борт».
Работа Пелтона на советскую разведку могла продолжаться еще довольно длительное время, если бы не побег из Рима в США в августе 1985 года заместителя начальника 1-го (американского) отдела ПГУ КГБ полковника Виталия Юрченко. Во время допросов в ФБР Юрченко помимо всего прочего рассказал о неком бывшем сотруднике АНБ, добровольно предложившем свои услуги, назвал время его прихода в советское посольство и описал приметы. В результате сотрудники ФБР по записям телефонных звонков в советское посольство, сделанных в январе 1980 года, установили, что добровольцем был Пелтон. Но самого факта звонка в посольство и его посещения было недостаточно для передачи дела в суд. А Юрченко уже не мог выступить свидетелем, поскольку 2 ноября 1985 года неожиданно для американцев вернулся обратно в СССР.