Весной 1923 г. Наума вызывают в Москву и назначают сначала уполномоченным, а затем заместителем начальника отделения Восточного отдела ОГПУ. Через 2 года Эйтингон заканчивает восточный факультет Военной академии РККА. Тогда же его назначают в иностранный отдел ОГПУ, а через некоторое время отправляют в Китай служить Советскому Союзу в качестве резидента внешней разведки.

С 1926 г., занимая для вида должность вице-консула, он возглавил резидентуру в Пекине, а со следующего года — ив Харбине. Результатом работы на китайском направлении можно считать освобождение нескольких советских военных советников, которых захватили в Маньчжурии местные националисты, воспрепятствование захвату советского консульства в Шанхае агентами Чан-кай-ши.

Весной 1929 г. Эйтингона направляют в Турцию, чтобы мобилизировать агентурную сеть на получение разведданных в австрийском, японском, французском посольствах Константинополя. Он заменяет Я. Блюмкина, отозванного из-за контактов с Л. Троцким.

Когда Наум возвратился в Москву, его повысили до заместителя начальника Особой группы при председателе ОГПУ. По роду деятельности он часто бывал за границей, например в американском штате Калифорния, где занимался созданием глубоко законспирированной резидентуры, а также во Франции и Бельгии.

В 1936 г. в Испании шла гражданская война, и Наум под именем Леонида Котова посетил Мадрид, чтобы помочь в подготовке органов госбезопасности страны, в руководстве партизанскими операциями республиканцев, в налаживании разведывательной и контрразведывательной работы. На завершающем этапе войны он следил за отправкой в советскую столицу испанского золота, оценивавшегося в более чем 500 млн долларов.

На тот момент испанской резидентурой НКВД руководил А. Орлов. Он же возглавлял операции по устранению троцкистов и являлся советником по безопасности у республиканцев. В июле 1938 г. Орлов сбежал во Францию, прихватив с собой кассу резидентуры. Когда в войне наступил переломный момент, главным резидентом стал Эйтингон.

Осенью 1938 г. приверженцы генерала Франко с помощью немецких военных частей захватили Барселону. Интересно, что с ними в город вошел военный корреспондент британской газеты «Таймс» Ким Филби, знаменитый член «Кембриджской пятерки». Поскольку предыдущего резидента уже не было, то Эйтингон принял его на связь через Г. Берджеса. Сохранение «Кембриджской пятерки» — одна из заслуг Наума. Вместе с тем в Испании он приобрел бесценный опыт руководства партизанским движением и организации разведывательно-диверсионной работы. Эти знания ему пригодились буквально в ближайшие годы на фронтах сражений с нацистами.

В 1939 г. испанская война закончилась поражением республиканцев, в результате чего пришлось производить эвакуацию советских специалистов и добровольцев. Весной 1941 г. разведчик снова оказался в Москве, где 17 июня 1941 г. был удостоен ордена Ленина.

5 июля 1941 г. Эйтингон, будучи заместителем П. А. Судоплатова, руководившего Особой группой при наркоме внутренних дел СССР, принимал участие в организации диверсий и формировании отдельной мотострелковой бригады особого назначения, знаменитой своей деятельностью за линией фронта. В это спецподразделение принимали только добровольцев. Они проходили соответствующую диверсионную подготовку для выполнения заданий особой важности. К тому же Наум сыграл значительную роль в проведении самых известных оперативных радиоигр против нацистской разведки — «Монастырь» и «Березино».

Основным «актером» этих «драм» был агент НКВД А. Демьянов: советский псевдоним — Гейне, а немецкий — Макс. Как впоследствии выяснилось, германское военное руководство слитком сильно полагалось на разведданные абвера из источников в советском верховном командовании. Это и понятно, поскольку стратегические ходы Красной армии в 1942–1943 гг. действительно совпадали с предсказанными Демьяновым, но все-таки это были по большей части отвлекающие маневры. В итоге операция «Монастырь» получилась на удивление успешной. Макса считали наиболее ценным своим информатором в абвере. Немецкая сторона даже наградила его «Железным крестом с мечами». От СССР ему достался орден Красной Звезды.

Что касается Эйтингона, то за выполнение специальных заданий во время Великой Отечественной войны его удостоили орденов Суворова II степени и Александра Невского. В победном 1945 году ему присвоили звание генерал-майора госбезопасности.

Когда было создано подразделение, связанное с вопросами «атомного шпионажа», Эйтингон многое сделал на этом поприще для организации взаимодействия отечественных спецслужб и ученых-атомщиков. Кроме того, он участвовал в установлении контроля над болгарскими урановыми рудниками, данные о наличии которых в Родопских горах были получены в феврале 1945 г. Именно эту руду применяли для запуска 1-го советского атомного реактора. Позднее на территории Советского Союза обнаружат более значительные месторождения. Необходимо было поддерживать у американцев убеждение в том, что Советам очень нужны болгарские залежи. Для этого Науму пришлось предпринять полномасштабные дезинформационные мероприятия и длительное время «водить за нос» спецслужбы США.

Сразу после войны Эйтингон продолжал разведдеятельность. В частности, в 1946–1947 гг. он курировал подготовку к выводу за рубеж разведчика Р. Абеля.

В годы войны советская разведка приобрела большой опыт и оставила задел на послевоенное время. Еще в 1942 г. в Турции Н. Эйтингон создал обширную резидентуру для проникновения по окончании войны в боевые организации Палестины. А сведения, полученные Наумом в 1943 г. в Китае, помогли нейтрализовать диверсионные группы, действовавшие там под руководством британской разведки.