Искусно разыграв перед немцами готовность к тайному сотрудничеству и страстное желание «отомстить за допущенную в отношении него несправедливость» он был включен в шпионско-диверсионную сеть. Германские разведчики, поверив Кавтарадзе, поручили ему организовать диверсии на Восточно-Китайской железной дороге. Вместо этого Кавтарадзе связался с русским военным командованием. Завязалась многомесячная оперативная игра, изобилующая острыми моментами. Причем не только из-за сильных ходов немцев.
В феврале 1916 года из штаба Иркутского военного округа поступили в ГУГШ новые данные о развитии операции. В докладе исполняющего обязанности генерал-квартирмейстера Генерального штаба Н.М.Потапова начальнику Генштаба о работе контрразведывательного пункта в Шанхае говорилось: «насколько действия Кавтарадзе обращали на себя внимание обдуманностью, выдержкой и осторожностью, настолько поведение капитана Титова и допущенные им уже в самом начале некоторые промахи и нетерпеливость в работе, заставили опасаться за успех столь серьезного предприятия.»
Как выяснилось, капитан Титов оказался не пригодным к возложенной на него секретной миссии. С первых дней своего пребывания в Шанхае он пришел к ложному убеждению, что какой-либо подрывной работы немцев в регионе нет. Все остальное плод подозрительности Кавтарадзе и его товарищей. Уже через месяц после своего приезда Титов стал просить ротмистра Попова об его отозвании из вывода агентуры обратно в Харбин.
Не поддавшись на успокоительные заверения Титова, начальник контрразведывательного отделения штаба Иркутского военного округа задержал в Шанхае агентуру и предоставил ей возможность действовать самостоятельно исходя из складывающихся обстоятельств.
Кавтарадзе и его ближайший помощник Вачадзе, к этому времени получившие неопровержимые доказательства противоправной деятельности немцев в Китае, были вынуждены обратиться за помощью к британского морскому агенту (атташе) в Шанхае капитану Сину. Английский офицер также занимался разработкой германской шпионско-диверсионной организации, активно действовавшей против военных интересов Лондона. Представленные союзникам агентурная информация была весьма кстати.
Генерал Потапов в своем отчете руководству Генштаба отмечал: «Благодаря добытым Кавтарадзе и его сотрудникам сведениям капитан Син имел возможность не только произвести аресты некоторых из причастных к работе организации лиц, но и возбудить против них в Шанхайском смешанном консульском суде громкие судебные процессы.» При этом был подтвержден тот факт, что германская разведка наряду с чисто разведывательными задачами активно занималась организацией диверсий на транспортных судах перевозящих русские войска, планированием крушений железнодорожных составов по линии от Владивостока в глубь России, подрывом мостов и туннелей. Все было поставлено с размахом и немецкой педантичностью. Диверсанты снабжались, как отмечалось в отчете ГУГШ, «необходимыми денежными средствами, взрывчатыми веществами и адскими машинами, — причем изготовление этих средств было сосредоточено также, главным образом, в Шанхае». Кавтарадзе был установлен и ведущий немецкий специалист по диверсионным средствам — химик Нильсен.
Потапов с горечью писал руководству Генштаба о том, что в случае совместной деятельности Титова и Сина успех операции был бы более весомым. Нити негласного расследования агентуры КРО вели к германским дипломатам и консульским работникам. Однако, в связи с малой компетентностью Титова материалы собранные агентурной группой Кавтарадзе в судебном порядке не были реализованы.
По итогам операции капитан Титов был спешно отозван в Россию, а Кавтарадзе, проявивший в ходе нее «глубокую преданность родине и самоотверженную бескорыстную работу, настойчивость, энергию и самостоятельность» по представлению штаба Иркутского военного округа и ГУГШ, был помилован царем и возвращен в ряды армии. В дальнейшем он стал кадровым сотрудником контрразведки и внес значительный вклад в становление советской секретной службы.