Ему пришлось проделать почти 300 миль на автомобиле от Мадрида до Картахены. Там он связался с советским военно-морским атташе Николаем Кузнецовым и, не имея на это санкций, частично посвятил его в суть операции. Орлов понимал, что силами только советских военных золото не вывезти, нужно привлечь надежных испанцев. Он сказал, что в помощь советским танкистам для вывоза с рудников никелевой руды, стратегического сырья, нужно несколько десятков испанских моряков, которым можно было бы полностью доверять. Кузнецов договорился с командиром картахенской военно-морской базы капитаном Рамиресом де Тогоресом, чтобы тот выделил шестьдесят надежных моряков-проводников для выполнения особо важного задания. Их подготовили на охрану картахенских пещер, которые находились примерно в пяти милях от базы.
Но Орлов прекрасно понимал, что погрузкой золота на советские суда операция не закончится. Он отвечает за всю операцию, поэтому с него будет спрос за каждый слиток золота, который не дойдет до российского порта. Руководствуясь английской поговоркой, что нельзя класть все яйца в одну корзину, Орлов принял решение вывозить золотой запас на четырех советских судах. Однако советские суда иногда задерживались и обыскивались итальянскими проводниками, и необходимо добиться их охраны кораблями ВМС Испании. Для этого надо было связаться с испанским правительством, но надежных каналов связи не было. И Орлов предпринял рискованный перелет обратно в Мадрид для встречи с испанским премьером.
С его стороны он получил полную поддержку и вскоре снова вернулся в Картахену, уже вместе с министром финансов Хуаном Негрином и министром обороны Индалесио Приято, который в целях конспирации обеспечил на месте конвой итальянскими военными кораблями советских судов с особым грузом на борту.
Началась погрузка золота на советские суда. Хотя пять миль — небольшое расстояние, но преодолеть его в условиях постоянной бомбежки района военно-морской базы немецкой авиацией было сложно. Для конспирации русских водителей переодели в испанскую военную форму. Чтобы избежать бомбежек, золото перевозили ночью по неосвещенной дороге на машинах с выключенными фарами. Водителям с трудом удавалось управлять машинами с грузом по горному серпантину дорог. Одна из машин перевернулась, а четыре, свернув не в ту сторону, заблудились, и Орлов нашел их только на следующий день припаркованными на площади в расположенной неподалеку деревне.
При погрузке золота на советские суда возникла еще одна трудность. По подсчетам Орлова, число ящиков с золотом (7900) оказалось на 100 больше, чем по официальным данным испанцев. Орлов решил, что «перебор» лучше, чем «недобор», который не простят, обвинив его в присвоении двух грузовиков золотых слитков со всеми вытекающими из этого последствиями.
Орлов вспоминал, как в тот момент, когда последний ящик золота был погружен на советский пароход, Мендес-Аспе, начальник Испанского казначейства, попросил у него официальную расписку. «Я знал, что это случится, и боялся этого момента, — писал Орлов, — но у меня был личный приказ Сталина, и я обязан был его выполнить». Испытывая острое чувство стыда, Орлов ответил небрежным тоном, словно это была простая формальность, что расписка будет дана в Москве после окончательного подсчета. Испанский чиновник слова не смог вымолвить от изумления, когда Орлов повторил, что официальную расписку может выдать только Государственный банк в Москве. Чтобы выйти из затруднительного положения, Орлов предложил Мендесу-Аспе послать на каждом грузовом судне по чиновнику Испанского казначейства в качестве наблюдателей.
Орлов с большим беспокойством наблюдал за отбытием из Картахены четырех окрашенных в серый цвет грузовых судов. Вдоль побережья вытянулась вереница испанских военных кораблей, капитаны которых получили в запечатанных конвертах указания о том, чтобы они помогли русским в случае поступления от них сигнала «SOS».
Об отправке судов Орлов сообщил двумя отдельными шифротелеграммами: в первой он предупреждал Центр, что вместо слова «золото» будет употреблять слово «металл».
«О каком металле вы говорите?», — написал Ежов в своем запросе в ответ на его вторую телеграмму, уведомляющей об отбытии грузовых судов. Убежденный, что теперь НКВД возглавляет «какой-то идиот», Орлов отправил третью телеграмму: «Смотрите мою предыдущую телеграмму. Пожалуйста, сообщите о моей телеграмме Ивану Васильевичу».