Прилежной службой Джонсон добился того, что из охранников его перевели в делопроизводители, которые время от времени дежурили на объекте в выходные. Так он получил возможность сделать слепок с ключа от двери сейфа. Затем Джонсон узнал кодовую комбинацию для концевого замка, воспользовавшись небрежностью одного из офицеров, который, не надеясь на память, записал на клочке бумаги набор цифр, отпиравший замок. Этот клочок Джонсон нашел в мусорной корзине. Код второго концевого замка он узнал с помощью портативного рентгеновского аппарата.
В воскресенье 15 февраля 1961 г. около полуночи Джонсон впервые проник в сейф, набил сумку пакетами с секретными документами и покинул свой пост. На машине он подъехал к пустынной дороге возле аэропорта Орли, где его поджидал связник. Джонсон передал ему свою сумку и взамен получил точно такую жё с вином и закусками. Через 5 минут Джонсон опять был на посту, а в это время его связник мчался к зданию советского посольства в Париже. Там его уже поджидала бригада техников, которая в течение часа сняла печати с пакетов, сфотографировала документы, а затем аккуратно восстановила первозданный вид почтовых отправлений.
В 3 часа ночи связник припарковал свою машину в 5 минутах езды от аэропорта Орли. В точно установленное время приехал Джонсон и обменялся с ним сумками. Потом Джонсон возвратился обратно и в 6 утра сменился с дежурства. По дороге домой он задержался возле заранее подобранной телефонной будки и оставил в ней пустую пачку из-под сигарет с нарисованным крестом. Это означало: «Все в порядке, Документы возвращены на место без происшествий».
Операция с самого начала осуществлялась с личной санкции Хрущева, и первая партия добытых секретных материалов была доставлена на стол персонально ему. Всего удалось провести 7 таких операций. Наиболее драматичной стала последняя из них. Когда связник прибыл, чтобы возвратить изъятые из сейфа документы, Джонсона на месте не оказалось. Время истекло, приближалась смена дежурных. Это неизбежно привело бы к провалу и операции, и ценного агента. Тогда сотрудник КГБ решился на отчаянный шаг, Он подрулил к зданию центра фельдъегерской связи, увидел стоявший поблизости автомобиль Джонсона, открыл дверцу и положил на сиденье сумку с документами. Утром был получен сигнал от Джонсона о благополучном возвращении документов в сейф. Позже выяснилось, что, передав связнику сумку, Джонсон решил поужинать и неожиданно для себя крепко заснул. Открыв глаза лишь за четверть часа до конца своей смены, он ужаснулся и отправился к машине, не зная что делать. И вдруг увидел в ней сумку. Схватив ее, Джонсон молниеносно вернулся на рабочее место и положил документы в сейф. Едва успел он закрыть все замки, как явился его сменщик.
В 1962 году Джонсону передали поздравления лично от товарища Хрущева. Ему также вручили 2 тыс. долларов, сказав, что на них он может гульнуть в казино. К концу апреля 1963 года Джонсон перетаскал для КГБ в общей сложности 7 сумок, полных документов, среди которых были подробные описания шифровальных систем США, данные о размещении американских ядерных боеголовок в Европе, оборонительные и наступательные планы НАТО. Но Джонсон начал забывать об осторожности, и на некоторое время контакт с ним был прекращен. Когда же в КГБ попытались возобновить связь с Джонсоном, того уже перевели на другое место службы обратно в США.
В 1964 году Джонсон был идентифицирован с помощью сведений, которые сообщил бежавший в США изменник Юрий Носенко, заместитель начальника отдела 2-го главного управления (ВГУ) КГБ. Однако у ФБР не было достаточных доказательств противозаконной деятельности Джонсона, чтобы изобличить его в суде. Помог случай. В том же году Джонсон сбежал после того, как Хеди пригрозила, что разоблачит его как советского агента. Когда сотрудники ФБР вызвали ее для допроса по поводу исчезновения мужа, она им все рассказала и выдала также Миткенбау. Через некоторое время Джонсон добровольно сдался и признался во всем. В 1965 году он и Миткенбау были признаны виновными и приговорены к 25 годам лишения свободы. В заявлении Пентагона по этому поводу говорилось: «Невозможно точно определить нанесенный нам ущерб. Некоторые потери непоправимы и не поддаются оценке... Не раскрой мы это дело, если бы началась война, потери вполне могли оказаться фатальными».
Джонсон скончался в тюрьме в мае 1972 года — во время свидания сын смертельно ранил его ножом.