26 июня 2010 г. с Анной Чапман по телефону под видом российского разведчика связался сотрудник ФБР и назначил ей встречу в Нью-Йорке. Встреча агента ФБР с Чапман была частью разработанной спецслужбами США операции, в ходе которой планировалось спровоцировать российских "нелегалов" и получить доказательства того, что они занимаются шпионажем. Спецслужбы со схожими целями планировали использовать и еще одного фигуранта дела "русских шпионов" - Михаила Семенко.
Звонок агента ФБР вызвал подозрение у Чапман - ранее она не встречалась лично с "разведчиками", а лишь обменивалась зашифрованными посланиями через компьютерную сеть. В ходе встречи, на которую Чапман все-таки пришла, агент ФБР, представившийся "Романом", сообщил, что она должна передать фальшивый паспорт "российскому нелегалу". Поручение "разведчика" лишь укрепило подозрение Анны - ранее она не получала подобные задания.
После встречи с "Романом" Анна Чапман купила мобильный телефон с контрактом, указав в документах фальшивое имя. С этого телефона, разговоры по которому отслеживали американские спецслужбы, Чапман позвонила отцу в Москву, рассказала о встрече с "Романом" и сообщила, что "близка к провалу". Отец Чапман - сотрудник МИД РФ Василий Кущенко, посоветовал дочери отказаться от данного "Романом" задания, а выданный "разведчиком" фальшивый паспорт отнести в полицию.
Анна Чапман днем 27 июня 2010 г. принесла фальшивый паспорт в одно из отделений полиции в Нью-Йорке. Полицейские вызвали сотрудников ФБР, которые, задав Чапман несколько вопросов, арестовали её.
Разговор Чапман с отцом, произошел накануне планируемого отъезда из США Ричарда Мерфи - еще одного фигуранта дела "русских шпионов", который к тому моменту уже находился под наблюдением спецслужб. По данным ФБР, Мерфи собирался сначала отправиться во Францию, а уже оттуда улететь в Москву на встречу с кураторами из СВР. Существовали опасения, что после того, как Чапман сообщила отцу о подозрительном "Романе", Мерфи останется в России, а остальные фигуранты дела "русских шпионов" получат приказ либо немедленно покинуть США, либо получить убежище в российских диппредставительствах на территории Соединенных Штатов. Чтобы избежать такого развития событий, было принято решение взять под стражу всех фигурантов дела "русских шпионов", несмотря на отсутствие доказательств их работы на российскую разведку.
Об аресте 10 "русских шпионов" - Анны Чапман, Михаила Семенко, Майкла Зотолли, Патрисии Миллс, Дональда Хитфилда, Трэйси Фоули, Вики Пелаес, Хуана Ласаро, Ричарда и Синтии Мерфи - было объявлено 28 июня 2010 г. Задержанным были предъявлены обвинения в нелегальном сотрудничестве с иностранным правительством, а также в отмывании денег. Еще один фигурант дела - Кристофер Метсос - 29 июня 2010 г. был арестован на Кипре. В тот же день Метсос был отпущен под залог. 30 июня 2010 г. власти Кипра объявили, что Метсос скрылся в неизвестном направлении, вероятно, покинул остров.
7 июля 2010 г. стало известно, что "русских шпионов" планируют обменять на осужденных за шпионаж в пользу США россиян. 8 июля 2010 г. все 10 задержанных в США фигурантов дела признали себя виновными в нелегальном сотрудничестве с иностранным правительством, после чего суд снял с них обвинения в легализации незаконных доходов и распорядился депортировать их из США. 9 июля 2010 г. в аэропорту Вены "русских шпионов" обменяли на Игоря Сутягина, Сергея Скрипаля, Александра Запорожского и Геннадия Василенко - осужденных в РФ за шпионаж и помилованных накануне обмена президентом Российской Федерации Дмитрием Медведевым.