佐尔格通过收买在南京政府工作的德国工程师、无线电通信军官施特尔茨的中国太太，掌握了国民党军南京总司令部及其所属部队的无线电通信密码、德国军事顾问相互之间的无线电通信密码和日本德国军事顾问与国民党进行联络的电话号码。此后，大量有关中国问题的情报源源不断地飞往莫斯科。
在中国期间，佐尔格以记者的身份采访了很多地方，广泛搜集情报。每到一个大城市，他都积极打入当地的德国人社交圈子和上流社会，广结人脉，并在广州、天津等地招募情报人员，设立情报网点。他发回莫斯科的情报包罗万象：蒋系军队的真正实力、武器装备、军队部署，各派军阀之间的关系，国民政府和直奉系北洋政府的对外政策与外交动向，美英法德日对华政策及其在中国的利益纠葛、相互矛盾和实力对比……
1931年，根据在中国的调研分析，他得出了答案：日军的下一步目标仍是中国，而不是苏联。与此同时，佐尔格还向中国共产党通报国民党军队的动向，对中国革命起了一定的作用。例如他将有关国民党引进新式武器的情报通报中国共产党，在国民党尚未投入使用时，红军便熟悉了这种武器。