Меньшее впечатление на него произвел Керенский, с которым он встретился на квартире у Саши Кропоткиной и выступление которого он слушал на одном из совещаний. Хотя Керенский благодаря своему ораторскому мастерству мог зажечь толпу, Моэм не почувствовал в нем внутренней силы и магнетизма. Двадцать четвертого сентября Моэм сообщил руководству, что популярность Керенского идет на убыль и что возглавляемое им правительство доживает последние дни.
Три недели спустя Моэм направил Вайзману подробный план, который тот передал американской разведке. В плане предлагалось осуществить массированную пропагандистскую кампанию в печати, на политических митингах, в церквях и в армии. К ней должны быть подключены общественные, польские, чешские и казачьи организации. Единственной силой, способной противостоять пропагандистской кампании, проводимой в России Германией, по мнению Моэма, являлись социалисты, которым и следовало оказать поддержку. Вся кампания, по оценке писателя, должна была обойтись в 500 000 долларов. Вайзман счел сумму приемлемой.
В начале миссии писателя в Петроград его журналистское прикрытие выглядело убедительным, но по истечении некоторого времени большевики начали подозревать его. Учитывая не скрываемые им связи с социалистами и группировками иностранцев в России, он, по словам Джефрис-Джоунса, превратился в «заметную фигуру, в секретного агента реакционного империализма». По мере роста влияния большевиков дальнейшее пребывание Моэма в России было сопряжено с опасностью. Поэтому за два дня до падения правительства Керенского Вайзман отозвал его из страны.
Перед отъездом из Петрограда Моэм имел встречу с Керенским, который попросил его передать устное послание английскому премьер-министру Ллойду Джорджу. Вернувшись в Лондон через скандинавские страны и Шотландию, Моэм выполнил просьбу русского премьера. Опасаясь, что из-за своего заикания он не сможет точно изложить содержание своей беседы с Керенским и его послание, писатель представил их в письменной форме. В своем послании Керенский подчеркивал, что основной стоящей перед ним задачей является сохранение высокого боевого духа солдат, что союзники должны направить в Россию больше оружия и снаряжения и что английские и американские газеты должны более благожелательно освещать происходящие в России события, и, наконец, Англия должна направить в Петроград посла, который отличался бы большим тактом, чем нынешний.
Как вспоминал Моэм, Ллойд Джордж бегло ознакомился с содержанием беседы и ответил, что он бессилен что-либо сделать. В любом случае, как Моэм в частном порядке сообщил Вайзману, ситуация в Петрограде вышла из-под контроля и остановить большевиков было невозможно. Вскоре Керенский был свергнут, и Эрик Драммонд наложил следующую резолюцию на доклад Моэма: «Теперь он представляет лишь историческую ценность».
Однако разведывательная деятельность Моэма на этом не закончилась. В своем дневнике Джефрис-Джоунс пишет, что писатель принял участие в совещании, созванном Вайзманом 20 ноября в кабинете главного редактора газеты «Таймс» Эдварда Карсона. На совещании присутствовали также представитель британского министерства иностранных дел лорд Хардинг, секретарь военного министерства Охинклосс, сэр Джордж Макдоно, Руфус Айзекс и историк Владислав Городецкий, который впоследствии станет одним из активных борцов за независимость Польши. План, предложенный на совещании Городецким, предусматривал направление Моэма в Россию для оказания помощи казакам генерала Каледина. В случае согласия Каледина выступить против большевиков и немцев, Моэм должен был обещать ему помощь союзников в виде направления 100 000 солдат западных стран, снаряжения, а также предоставления финансовой помощи.
В конце концов этот план осуществить не удалось. К тому же Моэм был бы не в состоянии принять участие в его реализации. Туберкулез, признаки которого обнаружились у него еще во время пребывания в Швейцарии и Нью-Йорке, обострился после пребывания в суровом климате России и плохо отапливаемом, холодном Петрограде. Его кашель стал сильнее и его постоянно лихорадило. После медицинского осмотра в больнице св. Фомы ему посоветовали отдохнуть в санатории. Руководство английской разведки пришло к выводу, что как агент он может в один день не выдержать, и согласилось с временным прекращением им разведывательной деятельности.