Вернувшись с Кубы, Мартин и Митчелл еще более укрепились во мнении, что общественное устройство Советского Союза настолько прогрессивно, что пребывание там даст им чувство глубокого личного удовлетворения, которое они не получали в США. Так, Митчелл, обычно весьма сдержанный, с энтузиазмом рассказывал своим знакомым об отлично проведенном времени в Гаване и о невероятно низких ценах на Кубе. Такое поведение насторожило сотрудников службы безопасности АНБ. Чтобы ограничить доступ приятелей к секретным документам, им были предложены стипендии для обучения в университетах. В результате Мартин получил стипендию для продолжения образования в Иллинойском университете, а Митчелл — в Вашингтонском.
Вскоре Мартин и Митчелл поняли, что за ними ведется слежка. Прийти к такому заключению они могли по разным причинам, например, таким, как низкая квалификация агентов наружного наблюдения, изменение отношения со стороны руководства АНБ, лишение допуска к секретным документам или неосторожное замечание со стороны коллег по работе. Также вполне возможно, что их предупредил другой советский агент в АНБ — завербованный весной 1960 года сержант Джек Данлап.
24 июня 1960 года Мартин и Митчелл отправились в очередной трехнедельный отпуск, сообщив знакомым, что собираются навестить родителей. Но 25 июня, вместо того, чтобы уехать на автомобиле, как это предполагалось, они улетели на самолете компании «Истерн» рейсом Вашингтон — Мехико. Проведя в Мехико ночь в гостинице, они на следующий день совершили перелет в Гавану, откуда на советском транспортном самолете были доставлены в Москву, где поведали сотрудникам КГБ о многих секретах АНБ, в частности о работе по перехвату сообщений из советских линий связи.
В АНБ обнаружили их отсутствие лишь в середине июля, когда они не вернулись из отпуска, чтобы приступить к исполнению своих служебных обязанностей. В ходе начавшихся поисков на автомобильной стоянке была обнаружена машина, на которой друзья собирались ехать к родителям, со всеми вещами, аккуратно уложенными в чемоданы. А в доме Митчелла сотрудники службы безопасности АНБ нашли ключ к банковскому сейфу в Мэриленде, который был специально оставлен на видном месте. Открыв сейф, сотрудники АНБ обнаружили там запечатанный пакет и записку, в которой Мартин и Митчелл просили опубликовать содержащееся в пакете открытое письмо. В письме говорилось, что решение уехать в СССР было принято ими без всякого давления извне. Помимо этого, в нем Мартин и Митчелл обвиняли правительство США в том, что оно само «в такой же степени беспринципно, в какой в его обвинениях в адрес СССР изображается советское правительство».
