Ngày 1/3/1978, Tolkachev một lần nữa tiếp cận Hathaway trên đường phố Moscow sau giờ làm việc. Lần này, Tolkachev cung cấp 11 trang tài liệu viết tay, phần lớn trong số đó là thông tin chi tiết về những nỗ lực R&D của Liên Xô trong lĩnh vực máy bay quân sự. Trong tài liệu này, Tolkachev đã cung cấp đầy đủ lý lịch cá nhân, đồng thời lưu ý rằng anh ta đã phải di chuyển hàng giờ đồng hồ trên đường phố để tìm kiếm những chiếc xe ngoại giao của Mỹ, và sau khi tìm được một chiếc, anh ta đã trở lại "hàng chục lần" mà không nhận được bất cứ hồi âm nào. Tolkachev nói rằng hiện anh ta gần như tuyệt vọng khi chờ đợi một phản ứng tích cực cho những nỗ lực của mình, và nếu như không nhận được hồi âm lần này, anh ta sẽ bỏ cuộc.

Rõ ràng Tolkachev đã “rất nhiệt tình” trong việc “tự nguyện” giúp Mỹ. Mặt khác, CIA - vì nhiều lý do - đã phải thận trọng trong việc chấp nhận đồng ý tiếp xúc với anh ta. Cuối cùng, sau nhiều do dự, CIA đã quyết định móc nối với Tolkachev và điều này đã mở ra một câu chuyện tình báo thành công ngoạn mục của CIA trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh.

Tuy nhiên, mãi đến tháng 8, kế hoạch chi tiết mới được đưa ra. Ngày 24/8/1978, Guilsher liên lạc với Tolkachev bằng điện thoại và hướng dẫn anh ta đến vị trí bí mật bên cạnh một gian hàng điện thoại gần căn hộ của Tolkachev để lấy tài liệu. Tài liệu này được giấu trong găng tay bẩn của một công nhân xây dựng, bao gồm một bản thông báo lịch hoạt động, một loạt các yêu cầu về thông tin tình báo... Sau đó, CIA xác định rằng Tolkachev đã lấy các vật liệu này.

Những thông tin mà Tolkachev cung cấp trong cuộc gặp đầu tiên đã nhanh chóng được chuyển cho một số quan chức cao cấp hàng đầu của chính phủ Mỹ. Nó đã có tác động ngay lập tức, như được phản ánh trong một bản ghi nhớ vào tháng 3/1979 mà người tiếp nhận thông tin từ Tolkachev gửi cho Giám đốc Tình báo Trung ương (DCI). Bản ghi nhớ nói rằng tất cả các thông tin được cung cấp bởi "nguồn tin đặc biệt" này hoàn toàn phù hợp với hình ảnh và các tin tức mà họ thu thập được từ những nguồn tin tình báo khác. Bản ghi nhớ còn kết luận rằng Liên Xô có thể sẽ bị tổn hại rất lớn khi Washington sở hữu các thông tin này. Bản ghi nhớ tiếp tục khẳng định thông tin mà Tolkachev cung cấp về số liệu chi tiết các hệ thống vũ khí mới của Liên Xô có thể sẽ không bao giờ thu thập được từ các nguồn tình báo khác dù tốn nhiều năm và nó "có giá trị không thể tính toán".

Tháng 5/1979, CIA đã tổ chức một cuộc hội thảo ba ngày với sự tham gia của một nhóm nhỏ “khách hàng cao cấp” đã dùng “sản phẩm” của Tolkachev. Những người này bao gồm các chuyên gia phân tích của cả hai cơ quan tình báo dân sự và quân sự Mỹ. Sự đồng thuận của nhóm này là: những thông tin mà Tolkachev cung cấp rất ấn tượng. Đại diện quân đội Mỹ tham dự hội thảo cho rằng các dữ liệu của Tolkachev đã “giúp họ tiến xa tới 5 năm - khoảng thời gian dành cho nghiên cứu và phát triển”. Vì vậy, Tolkachev đã trở thành một trong những điệp viên có giá trị nhất và hiệu quả nhất trong lịch sử của CIA.