В начале 1913 года майор Николаи был назначен руководителем разведывательной службы (отдел III B Генерального штаба), внесшей немаловажный вклад в раскрытие австрийского шпионского скандального дела Редля.
Перед новым назначением Николаи съездил на короткое время во Францию. Он отметил рост там антигерманских настроений и постоянное напоминание населению «… об Эльзасе и Лотарингии, с одной стороны, и введение его в заблуждение относительно военных приготовлений Германии, с другой».
Николаи понимал, что мировая война не за горами, и утверждал:
«Шпионаж – это война в мирное время. Разведке нельзя нанести удар разоружением. Интенсивный шпионаж должен предшествовать интенсивному вооружению для подготовки к войне».
Он изучал работу против Германии разведслужб России и Франции и сам до войны успел создать сеть из более чем 300 агентов в неприятельских и нейтральных странах. Но многие агенты не представляли большой ценности. А были ли среди них действительно значимые агенты, с достоверностью неизвестно даже сегодня. Разведчики, даже отставные, как правило, не пишут о тех агентах, которые не были провалены. А документы немецкой разведки времен Первой мировой войны в руки союзников не попали и не были опубликованы. Имена подавляющего большинства агентов так и остались неизвестными широкой общественности – такова специфика работы. Некоторые же получили всемирную известность. Самым, наверное, знаменитым агентом Николаи была Мата Хари, хотя до сих пор идут споры, была ли она в действительности немецкой шпионкой. Старейшим и одним из самых удачливых агентов был барон Август Шлюга, прослуживший в агентурной разведке полвека, оказавший Германии неоценимые услуги и, в отличие от многих своих коллег, благополучно скончавшийся в своем имении в возрасте 76 лет.
Важнейшим агентом Николаи считают Элизабет Шрагмюллер, выполнившую много заданий во Франции, Швейцарии, Бельгии, Англии, Италии. «Она отбирала агентов и обучала их, отправляя для выполнения заданий в нейтральные страны. У нее было отличное чутье, – она безошибочно делала выбор, разбиралась в психологии, обладала способностями организатора. Она была фанатичной патриоткой. Когда надо, жертвовала разведчиком ради дела».
Николаи возглавлял германскую разведывательную службу с 1913 по 1919 год. После окончания Первой мировой войны в звании полковника Николаи вышел в отставку и написал две книги мемуаров.
Николаи работал в составе экспертной комиссии Имперского института по изучению истории новой Германии. После окончания Второй мировой войны в 1945 году добровольно остался на территории, занятой советскими войсками. Николаи был вывезен из Германии в Москву, где был подвергнут тщательному допросу. Он жил на спецдаче НКГБ-МГБ в Серебряном Бору (по другим данным – в Бутырской тюрьме). Работал над записками мемуарного и аналитического типа по личному указанию Сталина.
На допросе 27 сентября 1945 года Николаи показал: «К началу империалистической войны я был переведен в Верховное Командование германскими вооруженными силами, возглавляемое генерал-полковником фон Мольтке. От генерала Мольтке я получил указание организовать разведку и контрразведку и создать за счет военной пропаганды надежную связь между главным командованием армии и населением. Разведывательная служба при Верховном Командовании именовалась отделом III-Б… К началу войны насажденная вдоль границ агентура прекратила свою работу вследствие прохождения в местах ее концентрации линий фронтов. Переброска агентуры практиковалась через нейтральные страны, в частности, через Данию, Норвегию и Финляндию, причем в этих же странах проводилась и вербовка агентуры, которая по своим возможностям выезжала в бывшую Россию под видом путешественников и прочих. На фронтах агентура подбиралась из военнопленных, перебежчиков, и для этих целей использовались всевозможные документы».