Bu noktada Ankara'nın NATO'yu, Türkiye'nin NATO'ya yük olmak yerine kazanç sağlayacağına ikna etme çabaları pek başarılı sonuç vermedi. Eğer Sovyetler Türkiye'ye saldırırsa, Türkiye tek başına bırakılacak, fakat Sovyet ilerlemesini önlemek için cephe gerisinde faaliyet gösterecek gizli birimler kurulacaktı. Türkiye'ye, Bulgaristan gibi görece zayıf bir kuvvet saldırırsa, Ankara bu tehdidi kendi imkânlarıyla bertaraf edecek güce sahipti. Türkiye'nin Washington'daki askeri ataşesi de NATO ile irtibat kurma ve askeri ilişkileri yürütme sorumluluğunu almıştı. Askeri planlama ve hava savunma ve alarm sistemlerinin kurulması da dâhil olmak üzere Sovyetler'in Boğazlar üzerindeki askeri hareketliliğinin takibi yüksek düzeyde istihbarat işbirliği gerektirdiğinden NATO Daimi Grubu, öncelikle Türkiye'de gerekli güvenlik sisteminin kurulmasını ve ardından Türk güvenlik sisteminin NATO'nun gerekliliklerine uygun hale getirilmesini hedefliyordu. Türkiye'de NATO standartlarında etkin bir güvenlik sistemi kurulmadan, Türkiye ile NATO arasında askeri planlama toplantıları yapılamayacağını belirtti.
Üye ülkelerden NATO'ya ait hassas belgelerin dışarı sızmasını önlemek amacıyla oluşturulan ultra gizli KOZMİK sistem 10 Temmuz 1950 itibarıyla tüm üye ülkelere tanıtıldı. Bunun üzerine NATO Daimi Grubu, 3 Temmuz 1950 tarihinde tüm üyelerine ve teşkilatlarına çok gizli bir mesaj geçerek şunu bildirdi:
"Üye ülkeler ve teşkilatlarına hatırlatmak isteriz ki KOZMİK ve diğer gizli NATO belgelerine erişimi olan tüm sivil ve askeri personel, üzerlerine düşen büyük sorumluluğun farkında olmak zorundadır. Herhangi bir güvenlik ihlali sadece kendi ülkelerini değil, NATO üyesi tüm ülkeleri etkileyecektir."
Gelgelelim KOZMİK gibi etkili bir güvenlik sisteminin kurulması bile NATO'dan bilgi sızmasını önlemeye yetmedi. NATO'da birçok kez gizli bilgi sızıntısı yaşandı. Bu sızıntıların büyük çoğunluğu Sovyet istihbarat faaliyetleri aracılığıyla değil, üye ülkelerin siyasetçileri ve resmi görevlilerinin farklı gizlilik ve güvenlik anlayışları nedeniyle basına verdikleri dikkatsiz demeçler sonucunda gerçekleşti. Örneğin, Mayıs 1953'te yapılan NATO Bakanlar Kurulu toplantısı öncesi ve esnasında, önemli ölçüde gizli NATO bilgisi basına sızdı.
TSK içerisindeki Sovyet istihbarat faaliyetleri, ilk olarak TSK'da yedek subaylık yapan Ermeni asıllı bir vatandaşın itirafıyla ortaya çıktı. 1957 yılının ilk aylarında MAH tarafından yakalanan bu kişi, Avusturya'da Sovyet istihbaratından özel casusluk eğitimi aldığını ve askerlik görevi sırasında kendisine TSK'dan NATO'nun savunma planları ile muhabere için kullanılan şifreleme sistemini ele geçirme görevi verildiğini itiraf etti. MAH, bu kritik istihbaratı Bağdat Paktı üyesi devletlerin güvenlik birimleriyle paylaşarak, bölgedeki Sovyet istihbarat faaliyetlerine dikkat çekmeye çalıştı.
Takip eden aylarda Türkiye'deki Sovyet casuslarına yönelik bir dizi operasyon gerçekleştiren MAH, 1957 Eylül'ünde Alexander Mikhalovich Marlagin ve Mikhail Lishcin isimli iki KGB ajanını suçüstü yakalayarak, Sovyet casus ağına önemli bir darbe indirdi. Bu iki KGB casusu, Sovyet Büyükelçiliği'nde diplomatik görevli kisvesi altında dokunulmazlık sahibi oldukları için cezaevinde tutulmayıp 1957'nin sonunda sınır dışı edildiler.
Bu başarılı operasyonun arka planı, operasyonun içeriğini anlamak açısından oldukça önemliydi. Bir Türk ajan, TSK'dan hoşnutsuz, komünizme meyilli bir subay kılığına girerek başarılı bir şekilde bu iki Sovyet ajanının güvenini kazanmıştı. Sovyet ajanlarını birkaç kez sahte gizli belgelerle besledikten sonra, NATO'nun Boğazlar'ı savunma planlarını getireceğini söyleyerek onları bir otelin lobisine davet etti ve MAH, iki Sovyet ajanını kıskıvrak yakaladı.
Bu operasyonlar, Sovyetler'in NATO'nun bölgesel savunma planlarını ve Türk Ordusu'nun olası bir savaştaki konumunu öğrenmek için her yolu denediğini gösterdi. Sovyet istihbarat faaliyetlerinden kısmen de olsa haberdar olan MAH, karşı istihbarat faaliyetleri ile Sovyetleri engellemeye çalışıyor ve elde ettiği
GRU ajanlarının taktiklerinden biri, Ankara sokaklarında askeri üniformalı subaylarla tanışarak onları bir restoranda akşam yemeğine davet etmek ve para karşılığında Türk Silahlı Kuvvetleri'nden (TSK) bilgi sızdırmaya ikna etmeye çalışmaktı. GRU, kendisine yakın kişilerden, özellikle örtülü operasyonlar yürütecek gizli bir ağ oluşturmaya çalışıyordu. Bu ağ için çoğunlukla Bulgaristan'dan Türkiye'ye göç etmiş ve yerleşmiş Bulgarlar ile Bulgaristan doğumlu Türkleri kullanıyordu. GRU'nun TSK'ya yönelik bu artan sızma çabaları, Türk istihbaratının dikkatinden kaçmadı.
Milli Amale Hizmeti (MAH), 1956 yılının Eylül ayında Türkiye'de askeri ataşe yardımcısı kisvesi altında GRU adına faaliyet gösteren Lochenko isimli bir ajanı, muhbirlerinden biriyle görüşürken suçüstü yakaladı. Ancak Penkovsky, Lochenko'yu diplomatik dokunulmazlık sayesinde hapisten çıkararak Moskova'ya geri göndermeyi başardı. Hem KGB hem de GRU Türkiye'deki faaliyetlerini artırırken, MAH da ülkedeki Sovyet istihbarat ağına sızma konusunda önemli başarılar elde ediyordu.