К осени 1941 г. руководство органов военной контрразведки осознало необходимость и важность централизованного накопления и анализа данных о деятельности разведывательных органов противника. Между тем фактически сложившийся порядок работы с задержанной вражеской агентурой в органах военной контрразведки не способствовал положительному решению данной задачи. Чтобы исправить положение, особые отделы НКВД фронтов издали ряд распоряжений по улучшению следственной работы по делам арестованной агентуры противника.

Так, в указании особого отдела НКВД Южного фронта от 18 ноября 1941 г. констатировалось, что следствие в особых отделах армий, дивизий, бригад по делам на разоблаченных агентов врага велось поверхностно, не выяснялись детали и обстоятельства, которые можно было бы использовать в розыске другой забрасываемой агентуры (способы связи и т. п.). Это лишало органы безопасности возможности проведения острых контрразведывательных мероприятий, например, по перевербовке агентуры противника. В связи с этим начальник особого отдела НКВД Южного фронта П.В. Зеленин дал указание всё следствие по делам разоблаченной агентуры противника сосредоточить в следственных частях особых отделов НКВД фронта и армий и в особом отделе НКВД по охране тыла фронта. Начальникам особых отделов НКВД армий предписывалось ввести в практику работы по линии контрразведки перевербовку неприятельской агентуры, особенно из числа военнослужащих РККА, изучать методы работы вражеской разведки, ее личный состав и широко использовать полученные данные для сбора разведывательных материалов о войсках противника. Перевербовку и выброску такой агентуры за линию фронта и задания следовало предварительно согласовывать с особым отделом НКВД фронта.

В процессе непрерывной борьбы с агентурной разведкой противника к концу 1941 г. постепенно начала складываться система специальных разыскных мероприятий, проводившихся органами военной контрразведки. Она включала в себя организацию наблюдения за вероятными маршрутами движения шпионов, диверсантов и террористов к местам дислокации войсковых частей и соединений Красной армии; осмотр возможных мест появления или укрытия вражеских агентов; проверку подозрительных лиц, появляющихся в полосе боевых действий; использование в розыске заградительной службы и т. д. Достаточно активно стали использовать особые отделы НКВД и явившихся с повинной вражеских агентов. Находясь в составе оперативно-разыскной группы, они визуально опознавали тех лиц, которые им были известны по совместному нахождению в немецком разведывательном органе или разведшколе.

Важную роль в розыске вражеской агентуры, снабженной радиостанциями, играла радиоконтрразведывательная служба. Ее подразделениями за годы войны было перехвачено большое количество радиодонесений действовавших в советском тылу агентов немецкой разведки. Для фиксации работы агентурных радиостанций противника на территории, занятой советскими войсками, формировались специальные разыскные радиопеленгаторные группы. Служба радиоконтрразведки оказывала эффективную помощь органам безопасности и военной контрразведки в организации и проведении радиоигр с разведкой противника. Кроме того, подразделения радиоконтрразведки органов безопасности осуществляли разведку в эфире, пеленгование радиостанций, радиоперехват и дешифровку радиограмм военного командования и разведывательных органов противника. За годы войны военному командованию были переданы тысячи расшифрованных радиограмм о дислокации и численном составе основных группировок немецких войск, готовящихся наступательных операциях противника, сосредоточении резервов и прочем, что помогало советскому военному командованию принимать правильные решения при разработке боевых операций.

Эффективным оружием в арсенале органов военной контрразведки стали перевербовка задержанной и явившейся с повинной агентуры и внедрение ее в разведорганы и разведшколы противника, а также ведение радиоигр. Они начали применяться особыми отделами НКВД уже в 1941 г. В ходе радиоигр удавалось перехватывать каналы связи разведывательных органов противника со своими агентами, выводить на нашу территорию вражеских шпионов и захватывать их. Одну из первых радиоигр органы военной контрразведки провели в сентябре 1941 г., в ходе которой особый отдел Северо-Западного фронта задержал 10 вражеских агентов.

Радиоигры с противником вели в 1941 г. как территориальные органы государственной безопасности, так и органы военной контрразведки. Во избежание противоречий в дезинформации, которые могли вызвать подозрения у немецко-фашистской разведки и гитлеровского командования, работа по использованию захваченных вражеских агентов с радиостанциями была централизована. Тексты радиограмм разрабатывались органами контрразведки совместно с Генштабом Красной армии и утверждались руководством Генштаба, а особенно важные – Ставкой ВГК. Все сеансы связи контролировались радиоконтрразведывательной службой. К участию в радиоиграх привлекались задержанные и перевербованные немецкие агенты-радисты, а также агенты органов госбезопасности, внедренные в германские разведорганы и переброшенные затем противником на советскую территорию с радиостанциями. Сотрудники особых отделов тщательно следили за реакцией противника на передаваемые ему сообщения. При малейших признаках недоверия с его стороны в радиоигру вносились соответствующие изменения.

Существенную роль в разоблачении агентуры неприятеля и других преступных элементов в начальный период войны сыграла проводимая органами безопасности фильтрация советских военнослужащих, вышедших из окружения или бежавших из фашистского плена. Механизм этой работы складывался постепенно. В первые месяцы войны, когда глубокий тыл быстро превращался в передовую, эту работу особым отделам НКВД приходилось налаживать на ходу. Между тем по состоянию на 29 сентября 1941 г. только на Юго-Западном фронте из окружения вышли 9084 человека: младших командиров и рядовых – 6766, среднего комсостава – 2227, старшего комсостава – 76, высшего комсостава – 15 человек. За это же время вышли из окружения 116 сотрудников особого отдела НКВД Юго-Западного фронта. Все вышедшие из окружения были проверены особыми отделами.

С первых дней войны в соответствии с военно-стратегическими планами фашистского командования по захвату Москвы и Ленинграда основные силы немецкой разведки были сконцентрированы на центральном и северном направлениях. Осенью 1941 г. только на московском направлении действовали три абверкоманды, 19 абвергрупп, особая команда полиции безопасности и СД «Москва», около 10 особых и оперативных команд и другие разведывательные и карательные органы гитлеровцев.

В противоборстве с сильными спецслужбами противника летом – осенью 1941 г. особые отделы НКВД постепенно приобретали опыт ведения контрразведывательной работы в условиях боевых действий. Несмотря на имевшиеся трудности, уже в период битвы за Москву органами военной контрразведки был разоблачен ряд немецких агентов, прошедших специальную подготовку в городах Борисове и Смоленске и переброшенных в советский тыл на тульском участке фронта с заданием внедриться в штабы и воинские части. Кроме того, агентам поручалось проникнуть в Москву для сбора сведений о расположении минированных участков, ходе эвакуации, дислокации аэродромов, эффективности бомбардировок города немецкими самолетами и многом другом. Арестованные агенты назвали еще 65 советских военнопленных, завербованных немецкой разведкой и частью уже заброшенных в советский тыл.