佐尔格当时是苏联军方着名的情报人员，后来前往日本潜伏，为苏联取得反法西斯战争的胜利立过大功，并献出了生命。他领受任务后，以其对中国情况的了解，首先把侦察目标集中在国民党中统特务机构上，因为中统头目多系浙江籍，于是他们想方设法利用浙江籍的社会关系去搭上“CC系”的关系，并取得了成果。
佐尔格小组通过内线关系认识了浙江籍的中统高官张冲，从张冲处知道牛兰夫妇确被关押在南京，而且此案正好由张冲主管。佐尔格认为这一情况必须得到证实，他们提出要张冲递出牛兰亲笔写的一个字条来，才能证明牛兰确在南京。有这个证明，共产国际才能发动反蒋的抗议活动。否则蒋介石可能会把牛兰处死，然后对外一赖了之。而张冲既为此案的主管人，要牛兰写一张字条带出并不困难。
为此，佐尔格小组经过努力，终于得到了张冲的回答：“手迹可以送出，但代价是三万元。”佐尔格分析出张冲索取这样的高价，不是单纯为了牟利交换的目的，而是有其政治上的意图。因为这是一项可能招来杀身之祸的交易，他为我们帮这样大忙，绝对不是为了金钱，他敢于向我们表示友好，可能有两个原因：一个是万一这件事被泄露，他将用这笔钱作脱身之计；另一个可能是他用索取高价的方法，探询和他进行这笔交易对手的真实身份。共产党的一般下级组织，绝对拿不出这样一笔巨款。只有中共中央或苏联共产国际才能做到这一点。如这笔交易成交，他就能肯定和中共的最高组织搭上了关系，才肯冒险出手相助。根据这样的分析，只要支付了这笔钱，不仅可解救牛兰，而且又建立了与张冲的秘密关系，今后可由他这条线继续得到其他的情报，所以物有所值。
付了钱后，佐尔格拿到了一个用俄文书写的小纸条，经过鉴定是真的，他便立即电告莫斯科营救工作取得了进展。
与此同时，佐尔格还通过在华的美国进步女作家和记者史沫特莱（Smedley Agnes）在上海成立了一个“保护努伦斯委员会”（营救牛兰夫妇的委员会），包括宋庆龄、伊罗生、杨杏佛在内的中外许多知名人士都参加了这个委员会。除此之外，着名的美国记者埃德加·斯诺（Edgar Parks Snow）以及《中国论坛》的出版者依萨克斯、上海《密勒氏评论报》的创办人鲍维尔等外国友人也参加了这次活动。另外，史沫特莱还亲自到鲁迅家商谈关于营救牛兰之事。鲁迅也撰写发表了多篇揭露蒋介石政府迫害中国知识界罪行的文章，由史沫特莱负责译成英文，介绍到美国《新群众》等进步刊物上发表，在国际上扩大了反对蒋介石法西斯统治的声势，对国民党政府施加压力。
7月2日牛兰在狱中第四次绝食抗议。11日由宋庆龄、杨杏佛与蔡元培出面保释未果。与此同时，欧美不少报刊陆续刊登了国民党政府秘密逮捕国际职工运动在上海工作人员牛兰夫妇和他们的三岁幼儿的新闻。随后世界各国着名学者、作家，如苏联的高尔基、法国的罗曼·罗兰等人不断发出抗议函电，要求蒋介石公布牛兰事件真相，并要求他公布被捕人的“犯罪”证据。这时正是蒋介石向各帝国主义国家乞求贷款，用以“围剿”中国红军的时刻。国际范围内出现了普遍的反蒋运动，对他大为不利，这便使他不得不作出让步，把这一运动平息下去。首先允许把犯人的孩子释放，经史沫特莱的安排，由美国人依萨克斯出面领出孩子，交由宋庆龄代为抚养。后又将原对牛兰夫妇男死刑、女无期徒刑的判决取消，于8月19日改判牛兰为无期徒刑。后牛兰夫妇一直到1937年抗日战争爆发后才得以出狱。
牛兰事件结束了，这笔高价的政治交易，虽然经过多方面的努力，取得了预期的成果，但在无形中却留下了佐尔格情报组织的蛛丝马迹，使之暴露在中统特务的视线之内。苏联方面为了确保安全，决定将这条秘密线索割断。不久，佐尔格及其主要助手撤离中国。佐尔格小组主要成员前后在中国工作了三年，在取得了重要成果后，于1932年底返回莫斯科，由此中断了任何可能被中统特务追踪的线索。顾顺章叛变后的又一个恶果，至此慢慢消失。苏联与中共方面为此付出了高昂的代价。
顾顺章的下场
时在江西庐山的蒋介石，获悉顾顺章“立功”的情况后，颇为高兴，指示陈立夫、徐恩曾给予嘉奖。此后，徐恩曾对顾顺章恩宠有加，要他主持党务调查科的训练工作，顾顺章因此更加卖力。为了加快编撰特工教材的速度，徐恩曾特令徐政、章志仁、朱秋白等亲信特务，帮助顾顺章整理编撰各种训练教材，共编成一套“特工丛书”，分为《训练工作》、《情报工作》、《侦察工作》、《行动工作》、《审理工作》与《组织工作》六册，计五十万字，这些教材后来以“特工圣书”作丛书名，成为中统特务组织的第一套成文的专业教材和国民党特务训练工作的范本。
在编纂特工教材的同时，顾顺章又在调查科举办了第一期特务训练班。
训练班场址就设在瞻园里的妙静寺，寺北面的一片旷地被作为技能培训场所，训练时间为三个月。徐恩曾开始对他尚不放心，第一次派给训练的人员仅有史济美、李熙元、王剑虹、陈忠悌四人，全为1930年6月中央军校毕业后进入“正元实业社”的中统“创业者”及核心人物。顾顺章拿出了全部的看家本领，他以原在苏俄所受训练为理论基底，以其在中共时期领导特科的工作为实践经验，全部教授给受训者。经过三个月的训练，使他们对付共产党的特务技能有了明显的增强。
史济美受训完毕后，即被委予“中央特派员”兼“上海行动区区长”职务，于1932年6月到上海筹办调查科上海行动区，到1933年6月他被中共中央特科“红队”队长邝惠安刺杀时为止。在一年的时间里，他曾以李克勤、马绍武的化名，指挥破坏活动，两次破坏中共江苏省委，密捕临时中央政治局常委、临时总负责人卢福坦，在租界公开绑架红军师长陈赓，逮捕中共要员廖承志、罗登贤以及余文化、丁玲、潘梓年等人，一时在中统内名声大噪。
这些“成绩”曾使徐恩曾欣喜若狂，从而减弱了他对顾顺章的防备心理。
他见第一期训练的效果显着，紧接着又命顾顺章开办第二期特务训练班，地点设于南京中华门内长乐路，这一期人数增加到了二十名。其中之一的黄凯，原为调查科老牌特务，是张道藩手下的红人，曾在杨登瀛出事后，接替其担任调查科驻沪特派员。他自恃资格老，平素根本不将徐恩曾、顾建中等人放在眼里，但对顾顺章却大为赞赏。他说：“顾顺章对特务工作确有自己的独到精明之处，如经他所绘图监制的各种假发、假须、假牙等化装用品，用起来真是惟妙惟肖。他培养特工人员，有一套办法，成效快。”参加过第二期特务训练班的林成荫也赞叹说：“训练内容是顾顺章主讲《特务工作的理论与实践》，都是一些打枪、擒拿、格斗、化装、盯梢、守候等特务技术，顾顺章的文化水平不高，但对此道却经验丰富，不愧为老手。结合他过去在中共‘红队’
的经历，侃侃而谈，颇能吸引人。”老牌特务对顾顺章特工技术的交口称赞，令徐恩曾始料不及。但他看到由顾顺章所带来的特务工作之新气象，又不得不器重顾顺章。
不久，徐恩曾命亲信特务林金生去做顾顺章的保镖，又雇用保姆吴月宝去照料顾顺章的生活起居。不久后，他特地指令王思诚出面当“红娘”，为顾顺章介绍了一名南京女子张永琴为妻，而且把顾的婚礼办得极为热闹。
顾顺章的婚礼在南京最豪华的中央饭店举行。徐恩曾率大小特务到场庆贺。
蒋介石为表安抚，特派专人送了一千元礼金。婚后不久，徐恩曾特地为顾顺章夫妇在南京细柳巷4号安排了一处住所，同住的有秘书王思诚、保镖林金生、徒弟陈连生、童国忠、张文龙等人。
对此，顾顺章自然知恩图报。不久，他又想出了几个点子，供陈立夫、徐恩曾参考：（1）以组织对组织。准备在上海设立强有力的特工机构，选派有较强工作能力的重要特务去主持工作，企图持续不断地打击中共地下党组织，动摇其根本。（2）两钳法。主张彻底贯彻“自首政策”，通过自首分子的示范作用，在对中共党组织的破坏上造成多米诺骨牌效应，以此达到瓦解和最后消灭的目的。顾顺章把他的这一套恩威并施、软硬兼用的策略，称为“两钳法”，并无耻地吹嘘这是他“弃暗投明”以后深刻反思的结果。（3）进一步注重并精心运用“细胞”政策。根据共产党人守气节的特点，注重提高特务的“劝降”水平，从理论上“说服”被捕人员，以期通过釜底抽薪的办法，引诱其背叛，然后再将其放回去，求得破坏范围和效果的扩大。
在他的教唆下，徐恩曾改变了对付中共地下党见人就抓急于求成的战术，采用了放长线钓大鱼的方法，有针对性地在顺藤摸瓜、扩大网线、培植“细胞”上多下工夫，对被捕人员则尽量利用中共的叛徒，注重“理论说服”、动摇意志、“思想劝降”的软方法，改变了过去硬逼的方法。
在中统的威胁破坏下，到1933年春天，中共临时中央无法在上海立足，被迫迁往中央苏区，尔后的中共上海中央局迭遭破坏，以致到了1935年底，上海中共组织除留下一个“文委”外，几乎被破坏殆尽。
1931年12月1日，中华苏维埃共和国临时中央政府主席毛泽东亲自签署了《苏维埃临时中央政府人民委员会通缉令——为通缉革命叛徒顾顺章事》，要求“一体缉拿顾顺章叛徒，在苏维埃区域，要遇到这一叛徒，应将他拿获交革命法庭审判；在白色恐怖区域，要遇到这一叛徒，每一革命战士，每一工农贫民分子有责任将他扑灭”。
在徐恩曾逐步放手后，顾顺章以他的胆量与手腕，开始运用工作便利，在他的周围形成以中共叛徒为主的势力圈。其中有他从“中央特科”带出来的童国忠、蔡飞、陈连生及后来被捕叛变的王国栋、胡洪涛、李志远等人，组成了一支以顾顺章为首的行动力量。这些出身于中共地下党的国特，对中共地下组织的一套工作习惯与做法十分熟悉，因而破坏力巨大，在短期内便取得了不少的成绩，大大地推进了中统组织的活动，使徐恩曾在从1931年4月起到1933年底的一段时间内，进入了他事业的“辉煌期”，这也是国民党中统乃至其整个特务组织，在与中共的斗争中取得成绩较多的时期。顾顺章因此成了徐恩曾的“福星”。
实际上，不论顾顺章如何为徐恩曾效死力，并出谋划策对付共产党，但他在徐恩曾的眼里始终不过是一名地位比较特殊的特务而已，徐决不会真正相信他。
其间，顾顺章又被复兴社特务处长戴笠借用，以培训“军统”特务。顾顺章遂趁这个机会，加紧了他自己的活动，异想天开地要成立一个“新共产党”的组织。
顾顺章是一个有小智慧而无大眼光的人。按照他的本意，他投蒋一是迫于当时性命攸关的求生之需，二来甚至于是为了“代表中共与蒋介石合作”。他以为自己还是可以“代表共产党的领袖”人物，故而在被押解去见蒋介石的路上，甚至还用了准备“与蒋先生当面讨论”解决中共问题的语句，这充分说明了他的无知与狂妄。后来在徐恩曾的压力下，他不得不低头委屈一时，但一旦压力减轻，他看彻底破坏中共无望，便开始了自组新团体的努力，想成立一个顾氏的“新共产党”。而其对象，便是他周围的一群中共叛徒。
1933年初，顾顺章在上海公开对手下宣布了他的这个设想，并起草了新组织的章程、纲领与五年工作计划。最过分的是，顾顺章还不知死活地贸然对他的保镖林金生说，准备要他组织一个特务队，“首先把陈立夫与徐恩曾干掉”。这样，也就意味着他离死期不远了。
顾顺章本来天生就是个有野心的人，而且喜欢蛮干。他的建立“新共产党”的计划被立即报告给了徐恩曾。徐恩曾觉得不能再听之任之袖手旁观了，他当即指示顾顺章的手下、中共叛徒童国忠和张文农，密切监视顾的一举一动。童、张二人为了洗脱自身嫌疑，自然不敢有丝毫懈怠。不久，徐恩曾派人将顾顺章正式逮捕，关押在镇江看守所。1934年送往苏州监狱，在解往苏州途中，因传说顾顺章会魔术和催眠术，怕他在途中施“妖术”，故临行前竟用铁丝穿透了他的肩胛骨防止其逃跑。
