九一八事变后，日本侵华的野心日益膨胀。根据形势的变化，中共中央情报机关将工作重点转移到了日伪方面。党组织经过精挑细选，委派袁殊打入日伪阵营。在党的领导下，袁殊凭借出色才智与敌巧妙周旋，在日伪心脏开展了一场有声有色的情报战。
巧妙进入日本外务省情报机构
1931年4月顾顺章叛变后，中央特科重新调整，负责情报工作的潘汉年开始着手重建情报网，在积极隐蔽地壮大力量的过程中，年轻的左翼文化人士袁殊进入了党的视线。经过一番考察，1931年10月袁殊被正式吸纳为中共党员，参加中央特科工作。
为打入敌人内部，1932年春，袁殊通过在国民党中任要职的表兄贾伯涛，以求职为名见到了上海市社会局长、国民党中央组织委员会党务调查处（中统）头目吴醒亚。看完袁珠的简历，吴醒亚连声称好，当即留用。此后，凭借着出色的工作才能，袁殊逐渐取得了吴醒亚的信任。
袁殊在吴醒亚的特工组织内活动，公开身份是“新声通讯社”的记者。“新声通讯社”虽然是一家民间通讯社，但凭借着记者“无冕之王”的便利，袁殊得以经常出席南京政府的记者招待会，了解一些国民党政府的内幕消息，并有机会出席日本驻沪领事馆的记者招待会。其间，有留日经历的袁殊利用记者身份，有意识地结识了日本驻沪领事馆负责收集中国情报的外交官岩井英一。
时值九一八事变发生后，中国人民反日情绪高涨，日本领事馆的记者招待会门庭冷落。上级指示袁殊，坚持出席日领馆举行的记者招待会，并让袁殊带一本日文杂志，以引起日方注意。这一招果然奏效，当袁殊在招待会开始前翻阅杂志时，引起了岩并英一的注意。岩井英一当即说：“了不起，中国懂日语的记者很少见。”再次见面时，岩井英一便主动过来攀谈，得知袁珠没有吃过日本料理，便马上请袁殊去日本餐馆吃饭。随着谈话的深入，岩井英一提出“能否设法搞到不公开刊登的有关中日关系以及其他方面的内幕消息”，袁殊也借此要求首先得到有关日方的消息，岩并英一满口答应。有了岩井这个渠道，袁殊的消息又快又准，立即成了上海新闻界的红人，连吴醒亚都对他刮目相看。
交往半年多以后，有一天岩井英一主动提出：“袁先生与我交往许久，对我们帮助很大，今后我要提供一点交际费。”显然，岩井英一是在客气地招他正式为日领馆工作。机会难得，袁殊立即答应。事后他即向党组织汇报，党组织极力赞同，并特意嘱咐袁殊让昊醒亚也了解这一情况。就这样，袁殊迅速打开了秘密工作的局面，不仅成功地打人中统，还有机会进入了日本外务省情报机构，这为日后中共上海地下党组织开展对日情报斗争奠定了基础。
背负“汉奸”骂名为党工作
1935年，中共上海地下党组织遭到了多次大破坏，袁殊也被军统逮捕，后在各方大力营救下被从轻发落。出狱后，迫于环境恶劣，党组织安排袁殊再次赴日留学。1937年春，袁殊回到上海，重返党的情报战线，归潘汉年直接领导。期间，他为加强自身保护色，加入了青红帮，成为与黄金荣、杜月笙同辈的“通”字辈兄弟。
全面抗战爆发后，军统头子戴笠急需懂日语的情报人员，注意到袁殊在中统的“出色表现”，且有日方背景，便打算将其拉入军统组织。袁殊将这一隋况向潘汉年作了汇报，潘汉年指示“机会难得，不可错过”。于是，袁殊接受了戴笠的任命，成为军统上海区国际情报组的少将组长。在上海沦为孤岛后，袁殊以效力军统为名，在上海积极开展了袭击日伪散兵、刺杀汉奸等活动。
在策划暗杀汪伪特工总部头子李士群的过程中，袁殊不幸被军统上海区负责人王天木出卖，落入李士群之手。面对软硬兼施、威逼利诱，他没有退缩，暗中派妻子联系到潘汉年。在潘汉年的授意下，袁殊被捕的消息很快传到了日本驻沪领事馆副领事岩井英一处。岩井果然以领事馆的名义，以“袁殊是外务省的人”为由，疏通渠道将其保释出来。袁殊再一次化险为夷。
岩井英一解救袁殊，一方面是因为在多年的交往中袁殊投其所好，取得了他的信任，现在袁殊有了麻烦，他自然要帮忙；另一方面他也对袁殊有所要求，那就是要袁珠公开表态与日本人合作。当时，在日伪、国民党顽固派的夹攻下，党的隐蔽战线工作处境极为困难，任务也极为艰巨，如果袁殊能进入日本人活动的圈子，必定会获取大量情报。袁殊将此隋况汇报给潘汉年，权衡之下，潘汉年决定让袁殊抓住这一契机，公开出面当“汉奸”，作为亲日的另一派系“兴亚建国运动”存在，并且要袁殊还保持与军统的关系。
公开投敌必将背负“汉奸”的骂名。经过激烈的思想斗争，袁殊最终彻底抛弃了个人荣辱，义无反顾地接受了党的决定。不久，他化名“严军光”，在报上发表了深得敌伪满意的汉奸文章《兴亚建国论》。
周旋于日伪高层获取重要情报
1939年11月，袁殊在潘汉年的策划下，在上海宝山路938号挂起了“兴亚建国运动本部”的招牌（对外称“岩井公馆”），成立了公开亲日机构“兴亚建国运动委员会”，袁殊任总干事，岩井任顾问。
“兴亚建国运动本部”表面上是一个接受日本外务省津贴和支配的汉奸组织，实际是中共一个新的情报据点，日本外务省每个月拨给“兴亚建国运动本部”的20万日本军票中，相当一部分成为中共上海地下党组织的活动经费。该机构的骨干也都是袁殊安排的中共情报人员，如协助他总揽人事、财务大权的翁从六、负责新闻出版编译工作的恽逸群、鲁风、秘书周静等人均是中共党员。同时，袁殊手中还掌握了一部公开电台，由中共情报人员刘人寿具体负责，表面是奉岩井之命抄收重庆中央社与延安新华社的电讯稿，实际是中共搜集日方重要情报并发往延安的重要渠道。而这一秘密情报据点在袁殊的巧妙周旋下一直坚持到了抗战胜利，其间从未发生任何意外，也没有任何人暴露。
“兴亚建国运动”热热闹闹搞起来后，袁殊立即成为了日伪政府上层的座上宾，与日本驻沪领事馆副总领事岩井英一、汪伪最高军事顾问影佐祯昭、汪伪江苏省省长高冠吾交往甚密。在你来我往、饮茶相叙中，袁殊旁敲侧击，获得了大量敌伪情报，均及时上报给了潘汉年。1941年6月苏德战争爆发，日军南下还是北上成为中苏两党极为关注的焦点问题。袁殊通过各种渠道获悉了有关美日谈判的进展情况、日军抽调兵力开赴安南、东条英机上台决定南进等动向，及时向潘汉年报告了“日本不会放弃南进”的重要情报，中共中央又将情报告知了苏联统帅部。一直担心腹背受敌的苏联，在有了确定日军南进的情报后，这才放心大胆地从远东调出了几十万人的兵力到西线，从根本上保证了斯大林格勒保卫战的胜利，击退德军，扭转了二战局势：为此，苏联红军特意致电中共表示感谢。
潜伏敌伪直至抗战胜利
“兴亚建国运动”搞了不到一年，日本政府出于全力支持汪精卫伪政权的需要，解散了“兴亚建国运动本部”。袁殊在党组织的指示下，利用岩井和影佐祯昭的关系转而加入了汪伪政权，先后出任汪伪国民党中央宣传部副部长、苏南清乡区政治工作团长、党务办事处主任、镇江公署主任兼保安司令、江苏省教育厅长、教育学院院长等职，成为名噪一时的“大汉奸”。
在汪伪高层任职为袁殊获取情报带来了更大方便。这一时期，他向潘汉年提供了日伪的方针大计、伪江苏省政府人事更迭、苏南日军兵力部署、“清乡”行动计划等重要情报。一次，在得知敌人要对粟裕部队进行“围剿”后，他迅即发出情报，使粟裕部队及时跳出日伪合围的“篱笆墙”，避免了重大损失。同时，袁殊还利用职务之便营救被俘新四军、释放被关押的地方党群干部30余人。
在任镇江公署主任兼保安司令期间，按照潘汉年指示，袁殊在镇江口岸建立了由江南通往苏北的中共地下交通线，暗中保护潘汉年等重要干部和民主人士到达苏北解放区。1941年12月，香港沦陷后，在港从事抗日文化活动的许多进步人士和中共党员处境十分危险，中共中央要求将这些爱国人士转移出香港，远在江苏的袁殊根据潘汉年的指示也参与了这一救援行动。他利用日特方面的关系，派出专人专车公开从香港接出包括阳翰笙、蔡楚生、张唯一等人在内的共产党人、进步人士及其家属，并用大笔钱款为其分别做了安顿，解决了不少去抗战后方人士的路费和安全问题。鲁迅的夫人许广平因为参加抗日救亡运动，在上海被日本宪兵队抓起来关了一年多，潘汉年特别指示袁殊营救。袁殊找到李士群，“劝说”关押许广平没有用，反而在文化界引起很大反响，不合算，不如放了。李同意了袁的“建议”，把许广平从沪西日本宪兵队引渡过来放了。此外，邹韬奋、范长江等到上海就医或工作时，袁殊也暗中加以保护，使其免受迫害。
日本投降前夕，袁珠密切观察日伪动向，提供了日军在太平洋战争中节节败退，南京、重庆相互争斗，日军即将撤出贵州等情报，并着手清理“岩井公馆”所属的财产，将两大皮箱的金条、美钞、英镑以及大批房契、地契、银行单据等（价值几亿元人民币）转交中共上海地下党组织。
抗战胜利后，袁殊渡江北上到达解放区，结束了在敌营16年的潜伏生涯。