Находясь за рубежом, Александр Григорьевич внимательно следил за внешнеполитическими событиями не только в Германии и Испании, но и в ряде других стран. Заметив, что правящие круги Венгрии начинают склоняться в сторону фашистской Германии, Орлов предложил руководству Наркомата обороны аккредитовать его по совместительству как военного атташе и в Венгрию. «Если сама эта страна, может быть, для нас интереса и не представляет, то… теперь… почти военная союзница Германии, она нас интересует больше, чем раньше». Наркомат обороны согласился с Орловым, и в конце июня 1937 года Отдел внешних сношений Наркомата обороны предложил ему выехать в Будапешт для оформления на должность военного атташе в Венгрии. Но сделать это Александр Григорьевич не успел, так как находился в отпуске в Советском Союзе и вскоре занял важный военный пост.
В это время в Советском Союзе происходили события, круто изменившие жизнь советских граждан. Именно май 1937 года положил начало крупномасштабным репрессиям, затронувшим все сферы жизни и деятельности граждан СССР.
В последний месяц работы в Берлине — в июне 1937 года — военный атташе в Берлине А.Г. Орлов подготовил для наркома обороны и Разведывательного управления РККА доклад, характеризующий общее военное положение Германии. По мнению Орлова, Генеральный штаб Германии в настоящее время являлся для Гитлера сдерживающим фактором, так как вермахт пока не был готов к крупномасштабным боевым действиям. «Полная готовность армии предполагается к осени 1938 года, а всего плана подготовки страны к войне — к 1940 году… В дальнейшем следует ожидать с началом войны — активной обороны на западе и основного удара на восток, главным образом в юго-восточном направлении и по прибалтам».
После отправления этого сообщения Александр Григорьевич выехал в Советский Союз в отпуск. Однако больше в Германию он не вернулся.
В августе 1937 года был отстранен от исполнения своих обязанностей начальник Разведывательного управления РККА армейский комиссар 2-го ранга Я. Берзин. Месяцем раньше в своем кабинете был арестован его заместитель, старший майор государственной безопасности М. Александровский. Таким образом, одно из главнейших управлений Наркомата обороны оказалось обезглавленным.
Приказом наркома К. Ворошилова от 8 сентября 1937 года военный атташе при полпредстве в Германии комбриг Орлов назначен на должность заместителя начальника управления, а 16 сентября он приступил к исполнению своих обязанностей. Эта работа была столь же ответственной, сколь и опасной, особенно теперь, в период массовых репрессий. Александр Григорьевич погрузился в сложную, трудную работу. От него требовалось своевременное и точное информирование военного и политического руководства о военном потенциале государств, напряженной международной обстановке.
За относительно небольшое время работы в Разведывательном управлении РККА Александр Григорьевич наладил информационную работу, обеспечив своевременную и качественную обработку материалов по оперативной обстановке.
В феврале 1938 года в ознаменование XX годовщины РККА, как одному из наиболее достойных и отличившихся командиров, ему было досрочно присвоено воинское звание комдива, тогда же он был награжден вторым орденом Красного Знамени.
После отстранения Я. Берзина в августе 1937 года от исполнения обязанностей начальника Разведывательного управления на эту должность до апреля 1939 года никто назначен не был. Поэтому сначала обязанности начальника исполнял С. Гендин, но в начале октября 1938 года также был отстранен от работы в Разведывательном управлении, а 22 октября — арестован. И с этого времени А.Г. Орлов начал исполнять обязанности начальника Разведывательного управления РККА.
На одном из совещаний нарком обороны поднял вопрос об утверждении его в должности начальника Разведупра. Как это происходило, рассказал В. Сопряков со слов многолетнего сотрудника военной разведки Н. Ляхтерова: «Осенью 1938 года Ворошилов решил собрать совещание ответственных работников Разведывательного управления Генерального штаба и узнать их мнение о возможности назначения начальником Разведуправления комдива Орлова… На совещании присутствовал и сам Орлов. Все было похоже на “выборы” в Гражданскую войну. В ответ на слова маршала зал молчал, затем поднялся полковник С. Степанов и сказал: “Орлов высокообразованный человек, свободно владеющий тремя языками, отличный информатор, но он никогда не занимался агентурными и военно-диверсионными делами. Поэтому целесообразнее на эту должность назначить одного из работников Разведуправления или начальников разведотделов штабов Ленинградского или Дальневосточного округов”. Ворошилов согласился с этим и добавил: “Подумаем и в ближайшие дни решим”».