На тридцати четырех конспиративных встречах с сотрудником ЦРУ П. Диллоном, проведенных в Дели с июня 1973 г. по май 1976 г., Поляков передал американской разведке фотопленки и сведения об организационной структуре Генштаба, ГРУ и других структурных подразделений Министерства обороны СССР, о личном составе резидентур ГРУ в США и Индии, о нелегалах ГРУ в США, методах их подготовки и способах поддержания с ними связи. Американцам были также переданы Поляковым сведения, характеризовавшие заинтересованность советской стороны, в частности ВПК, в получении основных технических данных по заводу тяжелой воды в г. Бароде (Индия) и сведений о технологическом процессе производства тяжелой воды; основных данных по проблеме производства жидкого и твердого водорода; информации о ведущихся разработках в области химического и биологического оружия и средств зашиты от оружия массового поражения. Передал он ЦРУ и более 100 выпусков журнала «Военная мысль», издаваемого Генштабом, а также многие, многие другие документы, имевшие грифы «Совершенно секретно», «Особой важности».
После отъезда из Индии Диллона и вплоть до окончания срока своей загранкомандировки Поляков поддерживал личную связь с приехавшим на смену американским разведчиком, с которым провел три конспиративные встречи в своем доме и магазине при отеле «Акбар». На одной из встреч, происходившей в доме Полякова, ему были переданы дополнительно часы-радиосигнализатор, а также подзарядное устройство к приемопередатчику, закамуфлированные в музыкальном стереоцентре «Нейшнл Панасоник» бытового назначения.
15 октября 1976 г. Поляков по окончании срока командировки вылетел из Дели в Москву, вывезя в своем багаже сокрытые предметы шпионской экипировки.
На работе в Военно-дипломатической академии
После возвращения из Индии и проведения очередного отпуска за 1976 г., Поляков с 16 июля по 15 декабря 1976 г. находился в распоряжении ГРУ. На него утверждается заключение по работе в загранкомандировке, в нем указывалось, что поставленные на командировку задачи он выполнил, предлагалось, учитывая большой опыт оперативной работы за рубежом и в Центре, политические и деловые качества, склонность к научной работе использовать его на руководящей работе в Военно-дипломатической академии (ВДА) Советской армии.
Приказом начальника ГРУ Генштаба от 15 декабря 1976 г. Поляков был назначен начальником 3-го факультета (оперативной разведки) ВДА. На новой должности он был относительно свободен, никакой конкретной работы не выполнял, поэтому решил восстановить связь с американской разведкой. С конца ноября – середины декабря 1976 г. по июнь 1977 г. в соответствии с графиком Поляков провел 9 сеансов двухсторонней радиосвязи, работая из движущегося троллейбуса на американское посольство (ул. Чайковского, 17), а также с Ленинского проспекта в направлении расположенного там-же дома 45 и дома 83 по ул. Вавилова, в которых проживали сотрудники посольской резидентуры ЦРУ. В ходе передач он сообщал текущую информацию о себе, сборе сведений, подборе тайника, описание контейнера, а также о своей готовности к проведению тайниковой операции, одновременно получая от американцев указания и рекомендации по конкретным вопросам агентурной деятельности.