В 1937 году Яцков окончил Московский полиграфический институт и начал работать инженером-технологом на столичной картографической фабрике имени Дунаева. Одновременно активно занимался парашютным спортом.
В конце 1938 года по рекомендации ЦК ВКП(б) был направлен на работу в органы государственной безопасности и зачислен на учебу во французскую группу Школы особого назначения НКВД СССР. Началась его подготовка к разведывательной работе во Франции. Однако к окончанию учебы жизнь внесла коррективы в планы руководства разведки.
В июне 1940 года Франция капитулировала перед фашистской Германией. Вопрос о выезде Яцкова в эту страну отпал. В кадрах сообщили, что ему предстоит командировка в США, дали три месяца на изучение английского языка, доучивать который разведчику предстояло уже в Нью-Йорке, куда он прибыл незадолго до начала Великой Отечественной войны.
В Нью-Йорке «Алексея» (оперативный псевдоним разведчика) определили на должность стажера Генерального консульства СССР. Он вел прием посетителей — в основном американских граждан, отбывавших в СССР по делам бизнеса, и… усиленно овладевал разговорным английским.
Постепенно у «Алексея» дела пошли на лад. Он разработал операцию по выходу на интересующие разведку объекты вербовочного проникновения. В ходе ее реализации «Алексей» познакомился с человеком, имевшим устойчивые контакты среди физиков-атомщиков. Американец с симпатией относился к Советскому Союзу, был непримиримым противником нацизма и постепенно согласился помогать СССР в борьбе против гитлеровской угрозы. Этот контакт представлял большой интерес для Центра.
В 1942 году Центр санкционировал вербовку «Алексеем» другого американца, являвшегося специалистом в области радиоэлектроники. Источник оказался исключительно результативным. От него поступала важная информация по новым радиоприборам, используемым в авиации и противовоздушной обороне, которая неизменно получала высокую оценку советских технических специалистов. В дальнейшем источник передал «Алексею» готовые образцы авиационных приборов, общая стоимость которых составила более 150 тысяч долларов США. Сегодня эту сумму можно смело увеличить в 20 раз.
Вскоре оперработнику была передана на связь агентурная группа «Волонтеры». Ее возглавлял завербованный еще в 1938 году в Испании Моррис Коэн («Луис»). Однако поработать с ним в годы войны «Алексею» не удалось: в середине 1942 года Моррис был призван в американскую армию и направлен на европейский театр военных действий. Руководство группой «Волонтеры» взяла на себя жена «Луиса» — Леонтина Коэн (оперативный псевдоним «Лесли»).
К концу 1943 года в США в составе группы английских физиков, прибывших для работы над «Манхэттенским проектом», находился ценный источник советской внешней разведки — видный ученый-физик Клаус Фукс. Для поддержания связи с Клаусом Фуксом был выделен специальный курьер, находившийся на связи у «Алексея». Разведчик принимал непосредственное участие в ответственных операциях по организации связи с Фуксом и получению от него особо секретной информации о создании ядерного оружия.
Разумеется, Клаус Фукс был не единственным источником советской внешней разведки по атомной тематике.
В 1944 году «Алексею» удалось завербовать молодого ученого из металлургической лаборатории Чикагского университета «Персея», приглашенного работать в ядерную лабораторию США в Лос-Аламосе. Поддерживать связь с иностранцем было поручено «Лесли».
Благодаря усилиям «Алексея» и его товарищей Советскому Союзу удалось преодолеть ядерную монополию США. Информация советской разведки позволила не только ускорить работы над собственным ядерным оружием, но и сэкономить значительные средства.
В конце 1945 года «Алексей» был назначен исполняющим обязанности резидента внешней разведки. В начале 1946 года ему был присвоен дипломатический ранг вице-консула. Осенью того же года Центром было принято решение о переводе «Алексея» во Францию, куда он выехал из Нью-Йорка в конце декабря. В январе 1947 года «Алексей» приступил к работе в парижской резидентуре под прикрытием второго секретаря посольства СССР. Перед ним была поставлена задача создать агентурный аппарат для научно-технической разведки.
Весной 1949 года Анатолий Яцков возвратился в Москву после девятилетнего пребывания за рубежом. После успешного испытания первой советской атомной бомбы он был награжден орденом Красного Знамени и назначен заместителем начальника одного из отделов научно-технической разведки.