Андросов по-прежнему отказывался верить начальнику контрразведки, поэтому однажды утром Черкашин объявил, что к булавкам на карте будет добавлена ещё одна. Ею должен быть обозначен некий «чистый», или особо законспирированный, офицер, работавший в посольстве под прикрытием. Никто, кроме посла, Андросова и Черкашина, не знал, кто именно из сотрудников является этим офицером. Черкашин оповестил всех, что сам лично каждый день будет отмечать на карте его местонахождение, чтобы другие офицеры невзначай не привели агентов ФБР туда, где он работал. В течение следующей недели Черкашин усердно перемещал булавку «офицера» по карте. Разумеется, на самом деле никакого «чистого» офицера не было и в помине. Черкашин просто решил провести проверку. Через три дня после начала эксперимента КГБ по радио была перехвачена беседа между группой наблюдения ФБР и базовой станцией. Группа ФБР ожидала «чистого» офицера на том самом месте, которое Черкашин отметил булавкой. Ее направили туда с заданием сделать фотографию нового для них сотрудника.
Теперь у Черкашина имелись все козыри, чтобы убедить Андросова в том, что его идея с картой была ошибкой. Казалось также очевидным, что ЦРУ внедрило на четвёртый этаж своего «крота». Но кого? Черкашин составил перечень всех офицеров КГБ, работавших в посольстве в мае 1982 года, и сопоставил его со своим собственным текущим списком. Одно имя явно выделялось. «По причинам, в которые не стоит вдаваться, я сразу же заподозрил, что Валерий Мартынов — шпион ФБР».
Черкашин оказался прав. Несмотря на то что ФБР и ЦРУ так и не назвали точную дату, когда был завербован Мартынов, обе службы признали, что он начал с ними сотрудничать в начале 1982 года. Черкашин изучил личное дело Мартынова и выяснил, что 38-летний офицер КГБ и его жена Наталья вместе с двумя маленькими детьми прибыли в Вашингтон 4 ноября 1980 г., в тот день, когда Рональд Рейган был избран президентом. Мартынов выступал в роли атташе по вопросам культуры, но его настоящая работа заключалась в хищении научно-технической информации. В конце 1982 года Мартынов добыл чертежи нескольких электронных компонентов, использовавшихся в более ранних системах вооружения США. Даже несмотря на то, что это были чертежи устаревшего оружия, Мартынова наградили за кражу орденом Красной Звезды. Черкашин был полон подозрений. В деле Мартынова не было никаких упоминаний о том, каким образом к нему попали эти документы. А не могло ли случиться так, размышлял Черкашин, что ЦРУ и ФБР снабдили шпиона этой информацией, чтобы способствовать его продвижению по службе и уменьшить на его счёт подозрения в шпионаже?
К апрелю 1984 года Черкашин решил, что у него накопилось достаточно косвенных улик для ареста Мартынова. Он представил своё обвинительное заключение на суд начальства. «моя работа произвела на Андросова большое впечатление, — вспоминал Черкашин, — но он хотел подождать до мая. Именно тогда из Москвы должен был приехать с формальной проверкой один из заместителей Крючкова, человек, которому он очень доверял. Андросов сказал, что вывести Мартынова на чистую воду во время проверки — это великолепный шанс для моей карьеры, да и для его тоже».
Когда заместитель приехал, Черкашин поначалу чувствовал себя окрыленным. «Я думал, он оценит сделанные мной разоблачения, но вместо этого он принялся на меня орать: "вы что, не знаете, что сейчас творится в Москве? Да если наружу просочится хоть слово о том, что в Вашингтонской резидентуре работает американский шпион, карьере Крючкова тут же настанет конец, он будет опозорен, и вся служба попадёт в крайне тяжёлое положение!"».
Двумя месяцами раньше умер генеральный секретарь компартии Советского Союза и бывший руководитель КГБ Юрий Владимирович Андропов, и Крючков, пользовавшийся его благосклонностью, остался без могущественного покровителя. Генеральным секретарём избрали давнего соперника Андропова — Константина Черненко, и Крючков был очень обеспокоен тем, что ему придётся оставить пост шефа внешней разведки. Черненко мог от него избавиться под любым предлогом. «Заместитель Крючкова велел нам перевести Мартынова на работу, где тот был бы лишён допуска к засекреченной информации, а в конечном итоге — отравить в Москву, чтобы там с ним разобрались по-тихому, — рассказывал Черкашин. — Я был в такой ярости из-за всех этих политических игр, что взял спецрапорт, подготовленный мной по поводу Мартынова, и пропустил его через машинку для уничтожения бумаг. Я сказал себе: "К черту поимку этого парня. Никому до него нет дела"».