Томас, который был настроен прозападно, без долгих колебаний согласился. На конспиративной квартире в Кёльне специалисты обучили его основам шпионского ремесла: микрофильмированию и обработке фотопленки, маскировке негативов в тюбиках зубной пасты, корешках книг или коробках от ботинок, тайнописи, зашифровке сообщений, устройству и использованию тайников. В том же году Томас возвратился в Каир и начал создавать агентурную сеть, опираясь на единомышленников из числа национальных меньшинств. Томас завербовал двух армян и одну еврейскую танцовщицу в ночном клубе. В числе его информаторов был один из его друзей детства, который стал артиллерийским офицером.
Периодически Томас выезжал в Европу для встреч со своими руководителями, которые выступали перед ним как высокопоставленные чиновники НАТО. Он передавал им военную информацию, а взамен получал деньги и новые задания. Во время одной из таких поездок он познакомился с молодой немкой по имени Кати Бендхоф. Вскоре они поженились. Кати переехала в Каир, и Томас включил её в агентурную сеть — она стала его курьером. Вскоре наступил момент, когда во время очередной встречи с руководством Томасу раскрыли, что на самом деле он работает на израильскую разведку; это не слишком его удивило — по характеру заданий он уже понял, что все, что он должен разведывать, может интересовать в первую очередь и главным образом Израиль. Кроме того, опыта жизни и общения с представителями самых разных наций и стран хватило, чтобы почувствовать, что те, кто доселе представлялся как «хозяева», скорее всего в Европе тоже «гости». То, что он узнал правду, нисколько его не обеспокоило. Он по-прежнему ненавидел Насера и возвратился в Каир едва ли не с ещё большим энтузиазмом. Это, в свою очередь, не удивило моссадовцев. Они знали, что имеют дело с умным человеком и Томас уже сам догадывался, что в действительности работает на Израиль.
Кати Бендхоф в Амстердаме обучили работе на радиостанции. В качестве кодовой книги использовался роман американской писательницы Перл Бак «Добрая земля». Деньги (разведгруппа получала неплохое, по меркам региона, содержание) направлялись им через бельгийский банк под видом помощи от родственников из Германии. Оперативная техника разведгруппы насчитывала пять фотоаппаратов, от миниатюрных до фоторужья, чемодан с двойным дном, электробритву с тайником для хранения документов, зажигалку с тайником для хранения микропленок и рацию, которая была замаскирована в ванной комнате. Все это хранилось в их квартире в Гарден-сити, откуда Кати каждые несколько дней связывалась с Тель-Авивом, передавая информацию и получая задания.
Все поначалу складывалось успешно, настолько успешно, что вызвало излишнюю самоуверенность у четы Томасов. Они в какой-то момент почувствовали себя эдакими суперменами, которым подвластны дела и судьбы других. На вот этом «головокружении от успехов», как, к сожалению, часто происходит в агентурной разведке, все и рухнуло. В мае 1960 года пара получила задание завербовать офицера египетской армии, желательно летчика. Это задание было предварительным, следовало ожидать детальных инструкций но они не стали ждать ни ориентировки на конкретных лиц, ни даже четких методических разработок по вербовке. Исходя из своих представлений, они осуществили плохо подготовленный вербовочный подход к молодому египетскому офицеру, христианину коптского происхождения Адиву Хана Карлесу.
Карлес понял «намек», не стал высказывать каких-либо определенных решений, — но немедленно информировал о сделанном ему предложении свое командование. Египетская контрразведка, естественно, немедленно взяла шпиона в разработку; кроме наблюдения, было проведено классическое контрразведывательное мероприятие — служба безопасности втянула Карлеса в двойную игру и сначала только через него, а затем и через другие «подставки» стала снабжать Томаса дезинформацией. Вскоре, однако, Томас, заметил наблюдение и вообще повышенный интерес ко всем своим действиям; кроме того, он ясно определил, что изменился и характер донесений, которые он стал получать от информаторов. Умный и наблюдательный человек, Леон почувствовал, что земля стала гореть под ногами и начал готовить сеть к консервации. Был проработан и путь отхода: им были заготовлены для себя и жены паспорта на чужие имена и проработаны маршруты эвакуации. К сожалению, отход несколько затянулся. Кати Бенгоф вместе с еврейской танцовщицей удалось бежать, но 6 января 1961 г. сам Томас и несколько его агентов и информаторов были арестованы.