Во время учебы в академии Баранов успешно прошел все курсы, но в 1979 году, перед самым выпуском, совершил серьезный проступок — грубо нарушил режим секретности. В результате, хотя он и был направлен для дальнейшего прохождения службы в ГРУ, но целых пять лет являлся невыездным. И только в июне 1985 года, когда началась так называемая перестройка и было провозглашено «новое мышление», Баранов выехал в первую зарубежную командировку. Его направили в Бангладеш, в Дакку, под «крышей» руководителя группы технических специалистов.
Осенью 1989 года, в конце четырехгодичной командировки к Баранову стал подбирать ключи оперативник ЦРУ в Дакке Брэд Ли Брэдфорд. Однажды после волейбольного матча между «околопосольскими» сборными СССР и США он пригласил Баранова на обед к себе на виллу. Баранов приглашение отклонил, но и начальство не поставил об этом в известность. Через несколько дней Брэдфорд повторил свое приглашение, и на этот раз Баранов обещал подумать.
Двадцать четвертого октября 1989 года Баранов позвонил Брэдфорду из ресторана «Лин Чин» и договорился о встрече на следующий день. Во время беседы Брэдфорд поинтересовался материальным положением советских зарубежных служащих в эпоху перестройки, на что Баранов ответил, что оно сносное, но, мол, никто не против получать побольше. При этом он пожаловался на тесноту своей московской квартиры и болезнь дочери. Разумеется, Брэдфорд намекнул Баранову, что все это вполне поправимо, и предложил встретиться еще раз.
Вторая встреча Баранова и Брэдфорда состоялась через три дня, 27 октября. Идя на нее, Баранов полностью отдавал себе отчет в том, что его пытаются завербовать. Но в СССР полным ходом шла перестройка, и он решил подстраховаться на будущее, некоторое время поработав на двух хозяев. Поэтому разговор между Брэдфордом и Барановым шел совершенно конкретный. Баранов согласился работать на ЦРУ, поставив условием свой вывоз вместе с семьей из СССР в США. Вот какие показания о второй встрече дал Баранов на следствии:
«На второй встрече с Брэдфордом в Дакке я поинтересовался, что ждет меня на Западе. Брэдфорд ответил, что после достаточно длительной и кропотливой работы со мной (имея в виду, разумеется, опрос) мне со всей семьей будет предоставлен вид на жительство, оказана помощь в устройстве на работу, подыскании жилья в выбранном мною районе США и в изменении внешности, если это потребуется.
Я спросил: «Что будет, если я откажусь от опроса?» Брэдфорд, до этого беседовавший со мной в мягкой и доброжелательной манере, довольно резко и сухо произнес: «Никто принуждать вас не будет. Но в этом случае наша помощь ограничится предоставлением вам и вашей семье статуса беженцев в США или в одной из стран Европы. В остальном вы будете предоставлены сами себе».
Окончательно вербовка Баранова состоялась во время третьей встречи, 3 ноября 1989 года. На ней присутствовал резидент ЦРУ в Дакке В. Крокет, бывший в свое время куратором другого предателя из ГРУ — А. Филатова — ив 1977 году высланный из Москвы за действия, несовместимые со статусом дипломата. Во время встречи были оговорены условия, на которых Баранов согласился работать на американцев — 25 тысяч долларов за согласие сотрудничать выплачиваются немедленно, по 2 тысяче долларов ежемесячно при активной деятельности и по тысяче долларов — при вынужденном простое. Кроме того, американцы обязывались вывезти его вместе с семьей из СССР в случае необходимости. Правда, на руки Баранов получил только 2 тысячи долларов.
С этого момента новый агент ЦРУ, получивший псевдоним ТОНИ, начал отрабатывать полученные деньги и первым делом рассказал Крокету и Брэдфорду о структуре, составе и руководстве ГРУ, зоне ответственности оперативных управлений и направлений, составе и задачах резидентур ГРУ и ПГУ КГБ в Дакке, об используемых советскими разведчиками должностях прикрытия. Кроме того, он поведал о планировке и месторасположении помещений резидентур ГРУ и КГБ в здании советского посольства в Дакке, о порядке обеспечения их безопасности и о последствиях вербовочного подхода американцев к одному из сотрудников резидентуры ПГУ КГБ в Бангладеш. На этой же встрече были оговорены условия связи Баранова с сотрудниками ЦРУ в Москве.
Через несколько дней после вербовки Баранов отправился в Москву. Отгуляв положенный ему отпуск, он приступил к работе на новом месте — под «крышей» одного из подразделений Министерства внешней торговли. А 15 июня 1990 года он сигнализировал американцам о готовности начать активную работу: в телефонной будке около станции метро «Кировская» он нацарапал на телефоне заранее оговоренный несуществующий номер — 345–51–15. После этого он трижды выходил в условленное Крокетом место встречи со своим московским оператором, но безрезультатно. И только 11 июля 1990 года состоялась встреча Баранова с заместителем резидента ЦРУ в Москве Майклом Саликом, произошедшая на железнодорожной платформе Маленковская. Во время этой встречи Баранову были вручены два пакета, в которых содержались инструкции по поддержанию связи, оперативное задание, касающееся сбора данных о находящихся в распоряжении ГРУ бактериологических препаратах, вирусах и микробах, и 2 тысячи рублей для покупки радиоприемника.
Баранов старательно выполнял все задания, но иногда его преследовало форменное невезение. Так, один раз после закладки им в тайник контейнера с разведданными строительные рабочие заасфальтировали место закладки и его работа пошла прахом. Более того, американцы по-прежнему не выходили с ним на связь, но целых 26 раз передали по радио сообщение. В нем говорилось, что сигнал «Павлин», означающий готовность Баранова к личной встрече, ими зафиксирован, но провести ее они не в состоянии из-за случившегося 28 марта 1991 года пожара в здании посольства США в Москве.
Последняя встреча Баранова с сотрудником ЦРУ состоялась в апреле 1991 года. На ней ему рекомендовали по возможности больше не пользоваться тайниками, принимать инструкции по радио и выплатили 1250 рублей на ремонт личного автомобиля «Жигули», который пострадал в аварии. После этой встречи Баранов понял, что его надежды на бегство из СССР при помощи ЦРУ несбыточны. Вот что он говорил об этом во время следствия:
«Ни условия, ни способы и сроки возможного вывоза меня и семьи из СССР с американцами не обсуждались и до меня ими не доводились. На мой вопрос о возможной схеме вывоза в обоих случаях и в Дакке, и в Москве следовали заверения общего характера. Скажем, что мероприятие такого рода очень сложно и требует определенного времени и усилий для подготовки. Мол, такая схема будет доведена до моего сведения позже… Довольно скоро у меня возникли серьезные сомнения в том, что такая схема вообще когда-нибудь будет мне сообщена, а теперь… мои сомнения превратились в уверенность».
К концу лета 1992 года у Баранова не выдержали нервы. Посчитав, что на счете в австрийском банке у него должно находиться около шестидесяти тысяч долларов, Баранов решает нелегально покинуть страну. Взяв на работе 10 августа три дня отгула, он купил билет на авиарейс Москва — Вена, предварительно оформив через знакомого за 150 долларов фальшивый заграничный паспорт. Но 11 августа 1992 года при прохождении пограничного контроля в Шереметьево-2 Баранов был арестован, и на первом же допросе в военной контрразведке полностью признал свою вину.
Существует несколько версий того, как контрразведка вышла на Баранова. Первая была выдвинута контрразведкой и сводилась к тому, что Баранова вычислили в результате слежки за сотрудниками ЦРУ в Москве. Согласно этой версии, сотрудники наружного наблюдения в июне 1990 года обратили внимание на интерес оперативников ЦРУ в Москве к телефонной будке у станции метро «Кировская» и на всякий случай взяли ее под контроль. Через некоторое время в будке был зафиксирован Баранов, совершавший действия, весьма похожие на постановку условного сигнала. Спустя некоторое время Баранов вновь появился у той же будки, после чего его взяли в оперативную разработку и в момент попытки незаконного выезда из страны задержали. По второй версии Баранов попал в поле зрения контрразведки после того, как продал свои «Жигули» за 2500 немецких марок, что в 1991 году попадало под ст. 88 УК РСФСР. Еще одна версия сводится к тому, что пограничники задержали Баранова, потому что заподозрили что-то неладное с паспортом, а тот на допросе в контрразведке утратил контроль над собой и раскололся. Но наибольшего внимания заслуживает четвертая, самая простая версия: Баранова сдал все тот же О. Эймс.
После ареста Баранова началось долгое и скрупулезное следствие, в ходе которого он всячески старался приуменьшить нанесенный им ущерб. Так, он усиленно убеждал следователей, что все сведения, переданные им ЦРУ, являются «секретами Полишинеля», поскольку давно известны американцам от других перебежчиков, в том числе от Д. Полякова, В. Резуна, Г. Сметанина и других. Однако следователи с ним не согласились. По словам начальника пресс-службы ФСБ А. Михайлова, в ходе следствия было установлено, что «Баранов раскрыл разведывательную сеть родного ГРУ на территории других стран», «выдал довольно много людей, в основном связанных с ГРУ, а также агентов», «серьезно подорвал работу своего ведомства». Из-за предательства Баранова были «законсервированы» многие агенты и свернута работа с доверенными лицами, находившимися в разработке, с которыми он поддерживал контакты. Кроме того, была ограничена оперативная работа известных ему офицеров ГРУ, «расшифрованных» с его помощью американцами.
В декабре 1993 года Баранов предстал перед Военной коллегий суда Российской Федерации. Как было установлено судом, часть сведений, переданных Барановым ЦРУ, ранее уже была ему (ЦРУ) известна, а главное, что было особо подчеркнуто в приговоре, действия Баранова не повлекли за собой провала известных ему лиц. Учитывая эти обстоятельства, суд под председательством генерал-майора юстиции В. Яськина 19 декабря 1993 года вынес Баранову крайне мягкий приговор, назначив наказание ниже допустимого предела: шесть лет колонии строгого режима с конфискацией изъятой у него валюты и половины принадлежащего ему имущества. Кроме того, полковник Баранов не был лишен своего воинского звания. Определенный ему судом срок Баранов отбывал в лагере «Пермь-35».