佐尔格努力促成奥特的升迁，以利于他控制德国驻日本大使馆。1938年3月柏林来电，提升尤金·奥特为少将，并任命他为德国驻东京大使。前任大使奉命回到柏林，出使伦敦。
此后，佐尔格就公开在大使馆办公。大使的保险箱终于对他敞开了。现在，他可以一连几小时地研究第三帝国的绝密材料，有时干脆把材料带回自己的办公室拍照或收藏在自己的保险箱里。
1939年初欧战爆发后，佐尔格负责把柏林发来的官方电讯稿编成新闻简报。此外，他还编新闻通报，分发给日本的报刊。
1940年，佐尔格终于加入了纳粹党记者协会，他是以著名作家和记者的身份入会的。在此之前，他还应德国《法兰克福日报》之邀，正式成为该报驻东京的特派记者。他的忠实的纳粹党记者形象终于塑成。接着，他还被任命为纳粹党日本地区的负责人。
德意日三国军事同盟条约经过几星期的谈判后已在东京签署。虽然三国军事同盟条约中没有提到缔约国同苏联的关系，但这并不意味着这几个国家不发动对苏战争。苏联处在腹背受敌的恐惧之中。
希特勒真正的目的是什么呢？奥特大使也不知道其行动计划。好运还是伴随着佐尔格的，一位从柏林来的信使给出了答案。这位信使是途经莫斯科到达日本的。佐尔格随便问了一句：“苏联人对德国向西扩张有什么反应？”信使耸了耸肩说道：“管他有什么反应呢！反正元首已在7月会议上确定了消灭苏联有生力量的计划！”
德军在莫斯科外围阵地上发动进攻1940年11月18日，佐尔格首次向莫斯科发出警报：希特勒准备发动对苏战争！
莫斯科马上回电，要他们提供确凿的证据，仅根据信使的话是不足信的。
通过与大使馆的关系，各种情报源源不断地从柏林发来。佐尔格经过仔细分析，最终发现，原来德国预定进攻英国的师团都是虚假的，而且3个月前，希特勒已把第4和第12集团军秘密调到东线苏联边境上。
1940年12月30日，佐尔格又发出如下密电：“在苏联边境地区已集结了80个德国师。德国打算沿哈尔科夫-莫斯科-列宁格勒一线挺进，企图占领苏联！”
1941年3月5日，佐尔格又向莫斯科发出如下密电：“德国已集中了9个集团军共150个师，以进攻苏联。”
接下来的两个月间，德国信使及柏林国防部的警卫人员川流不息地从欧洲来到驻东京的德国使馆，开始仅是顺便提到，继而则频频谈论德国部队从西线向苏联边境的移动，还报道德国东线防御工事已经完成等等。风声日紧，佐尔格煞费苦心地捕捉德国可能入侵苏联的任何一点迹象，无线电技术专家克劳森则一个接一个地向莫斯科发报。
与此同时，日本特种部队的报务员们越来越频繁地截获到一个身份不明的密电码，但一时还无法破译出来。日本人因为东京有一个外国间谍网而惶惶不安。安装着无线电测向仪的汽车到处巡回搜索，整个东京的反间谍机关都投入了行动。大使也曾对佐尔格提过，日本反间谍机关头子曾到使馆拜访过他。
佐尔格深知，如此频繁地向莫斯科发报，会加速暴露自己的组织，自己也处于危险之中。但是他认为，个人的生命同千百万人的生命、同世界上第一个工农国家的安全相比，又算得了什么呢？现在时间已经不多了，必须加快行动……
5月下旬，德国国防部特使抵达东京。经过与特使谈话，佐尔格发现德国对苏战争已成定局。德国决心占领乌克兰粮仓，利用苏联战俘，以弥补德国劳动力的短缺。希特勒确信，袭击苏联，现在恰是时候，因为对英战争一旦爆发，便无法迫使德国人打苏联，只有进攻苏联，才能消除东线的威胁。
几天后，德国总参谋部另派了一位军官来到东京，他带来了给东京大使的绝密指示：“有关德苏战争应采取的必要措施已完全确定，一切已准备就绪。德国将在6月下旬发起进攻。德军170~190个师已聚集在东线。一下最后通牒，立即进攻。红军将崩溃，苏维埃政权将在2个月内瓦解。”接着，德国外交部的有关电报也到来。
5月30日，佐尔格向莫斯科发出如下电报：“德国将于6月下旬进攻苏联，这是确凿无疑的。
所有驻日德国空军技术人员已奉命飞返德国。”
发出电报后，佐尔格回到自己的寓所，这时已是东方欲晓了。
在寓所门口，他突然看到了大崎。大崎直接来寓所找他是违反秘密工作规定的，一定是有什么紧急情况。大崎脸色苍白地告诉他：希特勒亲自接见了日本驻德大使，正式通知日本，6月22日德国将不宣而战地进攻苏联。希特勒要求日本于同一天在远东地区向苏联发起进攻。对此日本大使宣称，在同本国政府磋商前，他不能作出任何允诺。
佐尔格连寓所的门都没进，立即跳上车，掉头驶向克劳森的寓所急促地对他说：“快发报，快发报——战争将于1941年6月22日爆发！”
急电发出后，佐尔格及其战友们十分焦急地等待莫斯科的复电，盼望苏联政府在外交上、军事上作出相应的反应。他们全都明白这个情报的重要性，然而莫斯科一直保持沉默，不作答复。
佐尔格百思不得其解，后来，按捺不住焦急的心情，又口授克劳森立即发出如下的电文：“
再次重复：170个师组成的德国9个集团军将于6月22日不宣而战，向边境发动进攻”。
莫斯科终于给他们拍来了一个无线电报表示感谢。这是很不寻常的。但电文中并未提及苏联政府的反应，这令佐尔格感到不甚满意。
6月22日，星期日，德国法西斯背信弃义，撕毁苏德互不侵犯条约，不宣而战，悍然发动对苏战争。全世界陷于震惊之中。
佐尔格向莫斯科口授了一封电文：“值此困难之际，谨向你们表示我们最良好的祝愿。我们全体人员将在这里坚持完成我们的任务。”
毫无疑问，佐尔格就德国袭击苏联事先提出警告，是他的小组作出的最大贡献，它可能挽救了整个苏联的命运。这无疑是谍报史上令人叹为观止的杰作。
苏德战争爆发之后，苏联陷于两难处境，一方面他们要抵御德国法西斯的疯狂进攻，同时又担心日本在远东地区发动对苏战争，导致腹背受敌的局面。
莫斯科陷入极度的惶恐之中。6月26日，他们电告佐尔格：“告诉我们日本政府做出的有关我们国家和德苏战争的决定，日本军方因苏德战争而进行动员，并调遣部队到大陆的资料，以及有关日本军队向我们边界移动的情况。”
在此之前的3个月里，佐尔格和大崎一连好几个星期专心致志地研究了日本在北方的军事部署，他们就已收集到的日本军队的作战状态、军队的数目、驻扎地点、师长及主要军官姓名等情报逐条加以核实，勾画出一张草图，由“艺术家”宫木描绘制成。在这张草图的基础上，他们还着手进一步收集和修正情报。
佐尔格根据已掌握的情报和近来的形势分析得出结论：日本军队已进入完全作战状态，但向北方进攻的意图不明显。
与此同时，日本军队则摆出另一副架势。7月2日，日本政府和军队举行御前会议，天皇参加并批准了重要政策决定。陆海军制定了新作战计划，制定了北方前线与西伯利亚边境以及华南前线与太平洋的作战部署。会议通过了重要决议：日本将争取支那事件的圆满解决，但同时准备，一旦北方或南方发生紧急情况则将进行普遍动员，以便向不论哪个方向调遣军队。
会议后一周，奥特收到日本政府有关会议决策的扼要报告。
奥特大使把这一声明解释为日本的真实意图是在北方进行动员，他们将在北方增兵，进攻西伯利亚，而在南方持守势。大崎则告诉佐尔格：近卫首相的看法是，日本为支那事件忙得不可开交。由于他对正在进行的日美谈判究竟会产生什么结果还未摸底，因此不愿与苏联交战。
佐尔格经过分析各种资料得出以下看法：日本将采取措施保住它在北方的地位，而不是真向苏联进攻，但在南方向印度支那发动进攻是无疑的。佐尔格将此看法电告了莫斯科。
与此同时，日本政府一个大规模的普遍动员计划开始了。佐尔格、大崎和莫斯科都忧心如焚，担心日本政府会把如此大规模的动员作为既成事实而加以接受，而动员本身则可能导致对苏战争。他们关心的重要问题是：各师动员起来后，准备开往何地？
佐尔格的小组成员各自加紧执行自己的主要任务。大崎计划制作一张包罗万象的图表，摸清调往东北的部队的数目，以及日本为进攻苏联在满洲进行准备的状况和规模。动员计划的细节由宫木提供，他可以从他军队里的情报员那里搜集到材料。佐尔格则负责从德国使馆搞情报。
大崎的第一批报告未免有点让人感到紧张：“不难证实，日本既向北，又向南调兵，但我无法找出到南北方向去的比例。”
接着，他便前往中国东北实地调查去了。来自宫木的报告也支持这种看法：“应征入伍者组成若干小组，有的人发冬装，有的人则发夏装，然后把他们分派到已经建制的部队。”接着，来自大崎和宫木的报告又补充说：“因为美日关系进一步复杂化，部队大部分将开往华南。”
佐尔格日夜苦思，勾画出了总部署的轮廓。动员分3个阶段进行，总共为两个月的时间。第一阶段为15天，计划7月8日前完成，征兵共130万人，7月底以前军队征用100万吨商船运输。佐尔格还注意到，动员进展缓慢，根本不能按计划完成。
尽管有柏林方面不断施加的压力和德国军官对日本人施加的影响，经过与土肥原、冈村两位将军的谈话后，奥特才不得不相信，日本的进攻非得等到红军溃败到日本进攻有绝对把握的时候，否则，他们决不轻举妄动。土肥原指出，日本由于石油匮乏，不能参加一场旷日持久的战争。除非确信能够速战速决，否则决不发动对苏战争。奥特还说，日本认为苏联能维持到今年冬天。
8月20日～23日，日本最高统帅部在东京召开会议，讨论对苏作战问题。会议决定当年不向苏联宣战，但有以下保留：陆军在下面两个条件得到满足时便开始作战：关东军力量超过红军3倍时；有明显迹象说明西伯利亚军队内部瓦解时。
大崎把这个情况向佐尔格作了汇报。佐尔格亦将此情况电告了莫斯科。
佐尔格为了分析战争而钻研日本政策、计划，其详尽无遗和准确无误，真可谓达到了尽善尽美的程度！上自大崎在近卫左右的好友，下至宫木的军人关系，以及他本人与德国大使馆高级官员的谈话，凡是他搜集到的情报都要相互验证，对从7月2日御前会议到8月20~23日日本最高统帅部会议不断透露出的高级决策，他都要全面考虑，仔细加以分析。他工作之认真细致，堪称谍报活动的楷模。
从春季以来，由于远东和平与战争的局势变幻莫测，佐尔格的工作更显得格外谨慎，这是他长期谍报经验的结果。
大崎终于完成了小组的调查任务，从中国东北回来。佐尔格对他的工作感到非常满意。
佐尔格以日本春秋两次动员的调查和大崎调查报告作基础，结合日本的资源、生产、经济结构、国家财政收支和军事力量等大量数据和材料的分析，从中得出结论：日本无力进行长期的战争，不可能同时多面出击。
9月6日，他致电莫斯科：“只要远东红军保持一定的战斗力，那么日本就不会发动进攻。”
之后他又从探讨日本与美国以及日本在南方、亚洲和太平洋地区的战争与和平问题入手，加紧研究日本的意图。
1941年10月4日，佐尔格向莫斯科发出最后一封、也许是最重要的一封电报：“苏联的远东地区可以认为是安全的，来自日本方面的威胁已排除。日本不可能发动对苏战争。相反，日本将在下几周内向美国开战。”
莫斯科很快复电，对他们的工作感到非常满意，并宣布：佐尔格及其东京小组的使命已告完成。佐尔格和他的战友们感到无比的激动和欣慰。
佐尔格墓地可以说幸亏有佐尔格提供的情报，才能使苏联乃至全世界幸免于纳粹德国的长期蹂躏。
就在佐尔格他们紧张地收集情报的时候，日本警察局特高课的成员们也在加紧搜捕活跃在东京的最大间谍网的活动。宫木和大崎先后被捕。1941年10月18日清晨，佐尔格在自己的寓所被捕。第二天，克劳森也遭到了同样的厄运。
为这一案件，日本警察逮捕了有关人员35人。奥特的大使职位被撤消，并被遣送回柏林。
日本警察局对佐尔格进行法西斯式的审讯。佐尔格遭到了残酷的折磨和严刑拷打。1944年11月7日，他与大崎一起以叛国罪被秘密处死，终年49岁。
克劳森被释放后，经海参崴秘密逃往莫斯科。他后来成为一家企业的管理人员，过着默默无闻的生活。
1964年，沉默了20年的莫斯科当局公开了佐尔格的秘密，并于佐尔格逝世的忌日追认他为苏联的最高英雄。苏联报刊发表了许多文章，颂扬他在第二次世界大战中作出的贡献。莫斯科的一条大街、苏联的一艘油轮分别以佐尔格的名字命名。
1965年春，苏联为纪念佐尔格发行了一枚面值为4戈比的纪念邮票。邮票的红色背景衬托着一枚苏联英雄勋章和佐尔格的肖像。