А на квартире в Калинине в ходе официального обыска обнаружились остальные улики шпионской экипировки: инструкция по способам связи с разведцентром в США, план радиопередач, шифровальные и дешифровальные блокноты, а также средства для проявления тайнописных текстов, хранившиеся в тайнике, оборудованном в охотничьем ноже, катушке для спиннинга и помазке для бритья.
На первых же допросах Попов признался в своем сотрудничестве с американской разведкой и заявил, что в 1953 году он был секретно задержан сотрудниками ЦРУ в Вене и ходе угроз и грубого шантажа со стороны янки сломался…
В процессе следствия удалось установить, что предатель выдал американцам четырех советских военных разведчиков, назвал известных ему агентов из числа иностранцев, сдал несколько явочных и конспиративных квартир, используемых ГРУ, раскрыл, в том числе по предъявленным фотографиям, более 80 офицеров военной разведки. Вместе с тем он сообщил сведения об организации и новых изменениях в структуре ГРУ, системе отбора и подготовки военных разведчиков, ТТД не некоторые новейшие образцы вооружения, а также секретную информацию стратегического и политического характера.
Логика развития событий, связанная с негласным арестом шпиона Попова, подсказывала чекистам использовать предателя в качестве приманки в ходе оперативной игры. Наверное, контрразведчики вспомнили легендарные операции Смерша в годы войны с использованием разоблаченной немецкой агентуры в оперативных играх. Цель была одна — поймать с поличным сотрудника ЦРУ Лэнжелли, снабдить янки добротной дезинформацией и помочь руководителям ГРУ за время игры успеть вывезти раскрытых Поповым нелегалов в страны, где они были бы в безопасности. Кроме того, «служба Попова на Урале» позволяла сократить количество встреч с американским разведчиком.
Попов согласился участвовать в игре с ЦРУ, надеясь хоть как-то замолить свои грехи. Сразу же появился вопрос с легендой столь длительного молчания Попова. Решили, что его направили служить в Алапаевск командиром отдельной части, так как перепроверить объяснение своим агентом было трудно — Свердловская область в то время была закрытой для посещения иностранцев. Решение «поиграть» с янки потянуло за собой и ряд других вопросов — придать Попову соответствующий респектабельный вид, поэтому его перевели на улучшенный режим питания с увеличением прогулок.
В ходе оперативной игры были проведены четыре встречи Попова с Лэнжелли под контролем контрразведки. Первые две проходили в ресторане «Астория» — 18 марта и 23 июня 1959 года. Третья встреча — в ресторане «Арагви». На этих встречах шпиону Попову передавались крупные суммы денег в знак благодарности за «честную и активную работу» во благо всемирной демократии на земле, носителем которой является только США, инструкции по дальнейшей работе, данные об изменениях в способах связи.
За время оперативной игры мероприятия по выводу из-за границы преданных Поповым нелегалов успешно завершились. Американцев прилично нашпиговали дезинформацией, и, кроме того, истекал срок следствия по делу. В связи с этим оперативниками было принято решение о закруглении операции и задержании с поличным Лэнжелли.