Три дня спустя Томсон отправляет письмо посланнику Нидерландов в Лондоне следующего содержания: «Сэр, имею честь сообщить Вам, что женщина с фальшивым паспортом на имя Маргарет Зелле-Маклид, 2063, выданным в Гааге 12 мая 1916 года, содержится нами под арестом по подозрению в том, что она в действительности является германским агентом немецкой национальности, а именно Кларой Бендикс из Гамбурга. Она отрицает свою идентичность с указанным лицом. Мы предприняли меры по установлению состава преступления. На паспорте есть признаки возможной подделки. Она выразила желание написать Вашему превосходительству, для чего ей были предоставлены письменные принадлежности».
Через некоторое время Томсон убедился, что арестованная действительно не является Кларой Бендикс. Теперь он хочет выяснить, зачем ей необходимо попасть в Голландию. Мата Хари приводит шефа Скотленд-Ярда в изумление, заявив, что она находится в пути по секретному поручению французских спецслужб. Таким образом Томсон узнаёт, что его коллега в Париже, несмотря на сделанное ему конфиденциальное предупреждение, завербовал женщину, которая в картотеке разведки числится как немецкая шпионка.
Ладу, узнав от Томсона, что танцовщица рассказала ему про свою миссию, был крайне раздосадован и телеграфировал в Лондон: «Отправьте Мата Хари обратно Испанию». Говорят, будто Ладу дополнительно сообщил Скотленд-Ярду, что, по его данным, Мата Хари ехала в Голландию по заданию немцев.
Само собой разумеется, что Мата Хари ничего про эти телеграммы не знает, но по совету Томсона едет обратно в Испанию. Здесь 11 декабря 1916 года она отмечается в нидерландском консульстве, а затем возобновляет свой контакт с майором Калле и сообщает ему о своих приключениях в Англии. Хотя у неё вновь возникли финансовые затруднения, майор Калле на этот раз не хочет помогать ей за свой счёт. Он радирует Крамеру в Амстердам и просит перевести деньги для H-21 в Париж.
Вот что говорит по этому поводу уже знакомый нам майор фон Репель: «Когда Крамер прочитал эту телеграмму, он пришёл в отчаяние и сказал, что всё это плохо кончится».
Тем временем Мата Хари получила от майора Калле специальное поручение. Он хотел, чтобы время, которое ей ещё предстоит провести в Мадриде, она посвятила старшим французским офицерам, находящимся в испанской столице. На следующий день Мата Хари встречает в «Палас-отеле» полковника Данвиня из французского посольства. Он состоит в должности военного атташе и «по совместительству» руководит отделом шпионажа в Мадриде. Она чистосердечно рассказывает ему о своих приключениях в Фалмуте, о своём визите к майору Калле и сообщает, что всё ещё ждёт указаний из Парижа от капитана Ладу. В ответ полковник требует от неё как можно скорее раздобыть информацию о немецких субмаринах у берегов Марокко. Полковник Данвинь должен по служебным делам уехать в Париж, и в день его отъезда майор Калле посылает двойной шпионке в отель записку.
Мата Хари: «В записке он спрашивает, не соглашусь ли я в три часа пополудни выпить с ним чаю. Он был более холоден, чем обычно, словно бы узнал о моих встречах с полковником».
От Калле она узнаёт, что французы отправили из Мадрида радиограмму о германских субмаринах у марокканских берегов. «Нам известен их код», — добавил Калле. Эта информация и другие сведения от майора Калле, которые Мата Хари передаёт французской секретной службе, не соответствуют действительности и рассчитаны только на укрепление её позиций в глазах противника. За всю войну у немцев не было планов проведения каких-либо операций у побережья Марокко.
Тем временем Мата Хари получает письмо от одного из своих испанских друзей, сенатора Хуноя. Он предупреждает её, что некий французский агент посоветовал ему прекратить дружбу с ней. Через три недели, когда в Мадриде ей уже нечего было делать, она готовится к отъезду в Париж. Французская служба радиоперехвата, имеющая в своём распоряжении мощную радиостанцию на Эйфелевой башне, расшифровала радиограммы, которыми обменялись майор Калле и Амстердам: «Агент H-21 прибыл в Мадрид, был завербован французами, но отправлен англичанами обратно Испанию и просит денег и дальнейших указаний». Крамер отвечает: «Дайте ей указание вернуться во Францию и продолжить выполнение задания». От Крамера агент H-21 получает чек на пять тысяч франков.
Мата Хари уезжает из Мадрида 2 января 1917 года. В час прибытия её поезда в Париж полковник Данвинь должен выехать оттуда в Мадрид. На Аустерлицком вокзале она едва успевает обменяться с ним несколькими фразами. Полковник отвечает на её вопросы неохотно и довольно уклончиво. Капитан Ладу и её старый друг Жюль Камбон, генеральный секретарь МИДа, ведут себя крайне осторожно и взвешивают каждое слово.
От своего любовника Вадима Маслова, прибывшего в краткосрочный отпуск в Париж, Мата Хари узнаёт о том, что в русском посольстве в Париже его предостерегали от продолжения каких-либо отношений с «опасной шпионкой» Мата Хари. После отъезда Маслова Мата Хари начинает вести полную развлечений бурную жизнь, как будто хочет забыть все разочарования последних недель…
Утром 13 февраля 1917 года в дверь её номера в «Элизе-Палас-отеле» постучали. Открыв дверь, она увидела шестерых мужчин в форме. Это был шеф полиции Приоле и его подчинённые. Он предъявляет Мата Хари ордер на арест по обвинению в шпионаже. Её помещают в тюрьму Фобур-Сен-Дени в Сен-Лазаре. Она немедленно подаёт прошение руководству тюрьмы: «Я невиновна, и никогда не занималась какой-либо шпионской деятельностью против Франции. Ввиду этого прошу дать необходимые указания, чтобы меня отсюда выпустили».
На допросах у следователя Бушардона, растянувшихся на целых четыре месяца, присутствует только писарь, солдат Бодуэн. Адвокат Мата Хари, Клюнэ, допускается только на первый и последний из четырнадцати допросов, соответственно 13 февраля и 21 июня 1917 года. В материалах дела, помимо перехваченных радиограмм, имеется информация о результатах наблюдений агентов капитана Ладу, подтверждение Дисконт-банка о получении Мата Хари денег, присланных из-за рубежа, её личные документы и доказательства её попыток вернуться в Нидерланды, а также результаты анализа содержимого подозрительного тюбика и флакона чернил для тайнописи, которые можно приобрести только в Испании.
Мата Хари: «Это просто щелочной раствор, он используется для интимных целей. В прошлом декабре мне его прописал один мадридский врач».
Деньги, полученные ею через Дисконт-банк, по её показаниям, высланы бароном ван дер Капелленом. Следователь спрашивает её: «Когда вы в первый раз пришли в бюро нашей контрразведки на бульваре Сен-Жермен, 282, были ли вы в то время немецкой шпионкой?»
Мата Хари отвечает: «То обстоятельство, что я была в близких отношениях с некоторыми лицами, никоим образом не означает, что я занималась шпионажем. Я никогда не занималась шпионажем в пользу Германии. За исключением Франции, я не шпионила ни для одной другой страны. Будучи профессиональной танцовщицей, я, естественно, могла общаться с некоторыми людьми в Берлине, но без тех мотивов, которые вы, видимо, связываете с этим. К тому же ведь я сама назвала вам имена этих людей».
Во второй половине апреля 1917 года французам удаётся расшифровать несколько германских радиограмм, перехваченных станцией подслушивания на Эйфелевой башне и имеющих отношение к деятельности агента H-21.
Следователь Бушардон: «Внезапно всё дело представилось мне абсолютно ясным: Маргарет Зелле снабжала майора Калле целым рядом сообщений. Какими именно? Думаю, что не могу их огласить, поскольку всё ещё связан служебной присягой. Могу сказать только одно: они расценивались, в особенности нашим центром, как информация, отчасти содержащая важные факты. Для меня же они служили подтверждением того, что эта шпионка так или иначе была связана с определённым числом офицеров и что ей хватило хитрости задавать им некоторое вполне конкретные, и притом коварные, вопросы. Её связи в других кругах позволяли ей получать информацию о политической ситуации в нашей стране».
Но Мата Хари продолжает настаивать на том, что в Мадриде работала только для Франции и выманила у германского майора Калле важные сведения.
Капитан Бушардон: «Ведь вы же могли действовать иначе. Вам стало трудно продолжать жить в Мадриде и по-прежнему встречаться с майором Калле. Поскольку вы знали, что в любое время можете попасть в поле зрения наших агентов, вам поневоле пришлось задумываться, каким образом вы сможете объяснить всё это в случае необходимости. Таким образом, с целью мотивировать свои посещения майора и рассеять наши подозрения, вы неизбежно должны были делать вид, будто подбрасываете французам определённую информацию. Это основной принцип любой шпионской игры. Вы слишком умны, чтобы не учитывать этого».