В 1976 году, когда Берглинг еще находился на Ближнем Востоке, его завербовали сотрудники советской военной разведки. Вербовку провели с учетом его определенных черт характера, граничащих с безрассудством: тщеславием, постоянно испытываемой жажды приключений и любви к шикарной жизни. Как говорится, можно человека излечить от безрассудства, но нельзя исправить кривой ум. Именно он толкает человека туда, где глупость — образец, там разум — безумие.
С тех пор как Стиг почувствовал, что у него появятся большие деньги и можно будет наслаждаться жизнью, он начал охотно делиться с советскими товарищами информацией. А ему было что рассказать, поскольку и в СЕПО, и в штабе обороны Берглинг имел доступ к совершенно секретным, особой важности документам.
Например, в 1977 году он сообщил, что советский военный атташе Г. Федосов собирается попросить на Западе политическое убежище. В результате Федосова отозвали в Москву, но наказания, как ни странно, он не понес. Вероятно, руководство ГРУ посчитало, что Берглинг несколько преувеличивает, желая обезопасить себя лично от возможного провала.
Но с Берглингом судьба обошлась так же, как он поступил с Федосовым. Как говорится в народе — ябедника на том свете за язык вешают, или делай не ложью — все выйдет по божью. Не вышло по-божьи — шведского агента ГРУ выдал сотрудник ПГУ КГБ О. Гордиевский, ставший предателем и бежавший в Англию. В 1977 году Гордиевскому стало известно, что ГРУ удалось завербовать агента в СЕПО, о чем он незамедлительно поставил в известность своих хозяев из СИС.
Англичане немедленно проинформировали об этом Государственное управление полиции Швеции, и его начальник К. Персон сразу же вылетел в Лондон, чтобы лично допросить советского информатора. Гордиевский рассказал Персону все, что знал по поводу этой вербовки. В результате шведская контрразведка вышла на Берглинга и взяла его в активную оперативную разработку. И уже в марте 1979 года, когда были собраны все необходимые доказательства его причастности к агентуре советской разведки, Берглинга арестовали.
В декабре 1979 года состоялся суд, признавший его виновным в работе на СССР и по статье о шпионаже приговорил его к пожизненному тюремному заключению.
Как государственного преступника первоначально его держали в строгой изоляции от других заключенных. За примерное поведение и строгое выполнение обязанностей заключенного со временем его режим пребывания в тюрьме был ослаблен.
