Второй случай стал настоящим подарком судьбы для англичан и американцев. Вечером 5 сентября 1945 года шифровальщик военного атташе в Канаде, лейтенант Советской Армии 26-летний Игорь Сергеевич Гузенко, решив попросить убежища на Западе, тайно покинул частную квартиру в Оттаве, снятую для него и его семьи посольством СССР. Сначала он попытался войти в контакт с прессой, но газетчики сочли его наглым лжецом. Канадская полиция также не поверила перебежчику. Только после того, как его квартира подверглась нападению, которого сам Гузенко избежал просто чудом, полицейские начали воспринимать его всерьез.

Переданные Гузенко материалы повергли канадских экспертов в состояние шока. Список советских агентов включал многих известных в стране и за ее пределами людей — членов канадского парламента, видного ученого-атомщика, руководящих деятелей коммунистической партии и некоторых лиц в других государствах. Украденные Гузенко документы также подробно описывали принципы шифрования, применявшиеся в КГБ и ГРУ.

Премьер-министр Канады сразу же отправился в Вашингтон, чтобы проинформировать о случившемся президента США и посоветоваться с ним. Поскольку Канада поддерживала тесные союзнические отношения с Соединенными Штатами и Англией, ее полиция немедленно оповестила о Гузенко руководителей контршпионских спецслужб этих стран. В Канаду спешно прибыли ведущие американские и английские специалисты по советской разведке.

Урон, нанесенный Гузенко советской разведке на Западе, мог бы быть значительно менее серьезным, если бы не ротозейство и беспечность военного атташе СССР в Канаде полковника Николая Заботина и трех его помощников. Они полностью доверили Гузенко хранение и уничтожение всей своей секретной переписки. А он снимал копии с документов, требовавших хранения, и собирал в надежном месте подлежавшие уничтожению. К тому же работники военного атташата, вопреки законам конспирации, стали заводить дела на всех, с кем работали. В этих делах содержались имена, адреса, место работы и другие конфиденциальные данные об их подопечных. Дела находились в сейфе у Заботина, и ключ по правилам мог быть только у него. Второй ключ на всякий случай хранился в специальном запечатанном пакете у старшего шифровальной комнаты и никому не выдавался. Заботин и не предполагал, что Гузенко уже давно завладел вторым ключом, прочитывает все личные дела и аккуратно снимает с них копии.

Кроме того, по существующим правилам, шифровальщик посольства должен был жить в помещении, обладавшем экстерриториальностью. Но Гузенко имел маленького ребенка, который по ночам беспокоил жену Заботина, не терпевшую детского плача. В результате Заботин заставил Гузенко переехать на частную квартиру.

История побега Гузенко довольно необычна. Решение о его отзыве было принято еще в сентябре 1944 года, а до того из Москвы пришел приказ переселить Гузенко с частной квартиры обратно в дом военного атташе. Заботин это распоряжение проигнорировал. Через год начальник ГРУ генерал Кузнецов послал шифртелеграмму с категорическим приказом без промедления отправить Гузенко с семьей в Москву. Шифртелеграмму Кузнецова расшифровывал сам Гузенко. Она содержала явные угрозы в его адрес и только ускорила побег.

Не все сведения, сообщенные Гузенко, дали немедленный результат. Так случилось, например, с советским агентом в английской контршпионской спецслужбе, скрывавшимся под псевдонимом Элли. Гузенко знал некоторые его приметы: мужчина (несмотря на женский псевдоним), занимает настолько важный пост, что в контакт с ним можно вступать только через заранее обусловленный тайник, в прошлом был связан с коммунистами. Охота за Элли продолжалась без малого три десятилетия. Под подозрение попал даже руководитель английской контршпионской спецслужбы МИ-5 Роджер Холлис. В 1981 году Олег Гордиевский, сотрудник КГБ, а с 1974 года, по совместительству еще и английский шпион, получил доступ к досье Элли в КГБ и узнал, что за псевдонимом скрывался Лео Лонг.

О бегстве Гузенко в Москве стало известно еще до того, как он попал в руки канадской полиции. В ГРУ для таких, как Гузенко, существовала специальная секция «Икс». Она занималась актами отмщения тем, кто становился на путь измены или грубо нарушал взятые на себя обязательства. Однако Сталин категорически запретил предпринимать что-либо в отношении Гузенко, сказав примерно следующее: «Война успешно закончена. Все восхищены действиями Советского Союза. Что же о нас скажут, если мы пойдем на такое! Надо назначить авторитетную комиссию и во всем разобраться». «Авторитетная комиссия» заседала несколько дней подряд и пришла к выводу, что виновниками произошедшего в Оттаве являлись Заботин, его жена и сын. Все трое были немедленно арестованы. На этом разбирательство по делу Гузенко завершилось.

На Западе интерес к Гузенко тоже довольно быстро ослабел, поскольку его знания о советской разведке были весьма ограниченными. Недовольный отсутствием внимания к своей персоне, Гузенко начал судиться, требуя деньги со всех, кто в своих статьях или книгах ссылался на его материалы. Умер он в одиночестве и забвении.

В 1948 году сотрудники ФБР, тайно проникнув на склад нью-йоркской конторы «Амторга», выкрали оттуда непонятно как оказавшийся там советский шифр-блокнот. Конечно, его использованные страницы в соответствии с инструкцией были уже уничтожены. Однако по неосторожности работники «Амторга» оставили копии некоторых сообщений как в зашифрованном, так и в открытом виде. Копии были похищены американцами вместе с шифрблокнотом.

Именно эта операция и привела к решающему прорыву во вскрытии шифров КГБ, сделанному криптоаналитиком УБВС США Мередитом Гарднером в 1948 году. Однако, как почти сорок лет спустя признался директор АНБ вице-адмирал Д.М. Макдоннел, «уже на раннем этапе возможности, открывшиеся благодаря этой операции, были утрачены навсегда». Тайну «Веноны» и методы Гарднера, применявшиеся при ее чтении, выдал советской разведке в том же 1948 году шифровальщик УБВС Уильям Уэйсбанд, за два года до этого завербованный КГБ. Предательство Уэйсбанда было раскрыто американцами в 1950 году. И хотя дали ему год тюрьмы, наказали Уэйсбанда не за шпионаж, а лишь за неуважение к суду, выразившееся в неявке на судебное заседание. В УБВС и ЦПС решили, что тайна «Веноны» — слишком дорогой секрет, чтобы рисковать ее разоблачением, вынося на обсуждение суда, даже при закрытых дверях.

Поскольку английским и американским радиошпионским спецслужбам удалось прочитать лишь малую толику «Веноны», полученная информация оказалась очень отрывочной. Кроме того, в ней отсутствовали настоящие имена советских агентов, а упоминались лишь их псевдонимы. Поэтому потребовался сбор большого количества сопутствующих данных, таких, как регистрация поездок, расписание морских рейсов и авиаперелетов, а также других сведений, которые могли бы помочь успешной работе дешифровальщиков.

Тем временем Москве стало совершенно ясно, что для советской разведывательной сети в США «Венона» — это серия мин с часовым механизмом и со взрывным потенциалом чудовищной разрушительной силы. Поскольку было точно неизвестно, какие из шифровок конца войны прочитаны противником, нельзя было определить, где и когда сработает очередная «мина». Частично проблему решил советский агент — англичанин Гарольд Адриан Рассел Филби, когда в октябре 1949 года он стал ответственным за обеспечение связи между английской и американской спецслужбами. Гарднер позднее с досадой вспоминал, как Филби подолгу стоял за его спиной и, попыхивая трубкой, с интересом следил за ходом дешифрования сообщений советских агентов. Вплоть до своего отъезда из США в июне 1951 года Филби, благодаря доступу к дешифровкам «Веноны», частенько успевал предупредить Москву о том, что вокруг какого-то из советских агентов сжимается петля. 

В 1948 году криптоаналитики УБВС сумели обнаружить сходство между перехваченным сообщением из сети связи КГБ и телеграммой, которую за три года до этого президент США Трумэн послал Черчиллю. Советского агента, предположительно передавшего в Москву телеграмму Трумэна, окрестили Гомер. Падение Гомера, по мнению КГБ, стало единственным серьезным последствием чтения «Веноны».