Ketika dia ditembak jatuh di Jerman, Mata Hari mendapat izin dari badan intelijen militer asing Prancis, Biro Deuxième, untuk mengunjunginya di luar garis musuh.
Namun dengan satu syarat, Mata Hari harus menjadi mata-mata bagi mereka dan dia pun menjadi agen ganda.
Pertunjukan tariannya yang terkenal untuk Putra Mahkota Wilhelm dari Jerman membuat Kapten Prancis Georges Ladoux percaya Mata Hari bisa mendapatkan rahasia musuh dengan menggoda.
Mata Hari mengatur pertemuan dengan Putra Mahkota dan melihat kekasihnya dengan menawarkan berbagi intelijen Prancis dengan Jerman, sementara pada saat yang sama menjalankan misi untuk mengumpulkan intelijen untuk Prancis.
Ketika Jenderal Walter Nicolai, kepala intelijen Angkatan Darat Jerman, menyadari bahwa Mata Hari tidak lebih dari gosip untuk ditawarkan, dia menuduhnya sebagai mata-mata Prancis dan mengirimnya kembali ke Prancis.
Sekembalinya pada tahun 1917, Margaretha ditangkap di Paris, diduga membawa cek Jerman dengan jumlah yang cukup besar.