在"八一三"淞沪抗战爆发前，潘汉年重新回到上海，此时袁殊主动找到了他，认真汇报了自己近几年的经历，同时将一份从日本带回的军用地图作为情报资料交给潘汉年，表示愿意继续为中国共产党工作。从此直到1946年去解放区，袁殊在潘汉年的导演下，成功地演出了一场场出色的情报战。
抗战爆发后，戴笠一时找不到熟悉日本问题、又与日方颇有联系的人，杜月笙提醒他，有一个叫袁殊的日本留学生与日本领事馆副领事岩井英一关系不错，戴笠听了很高兴，于是亲自登门拜访。袁殊感到事关重大，立即去请示潘汉年。潘汉年沉吟了一会，说："这是件好事，机会难得，你千万不可错失良机，答应戴笠的一切要求。 "
这样，袁殊获得了军统的身份--上海区国际情报组少将组长，后来他还出面组织了"兴亚建国同盟"，俨然成为了一个汉奸小头目。这样，袁殊凑齐了共产党、国民党中统、军统、日本和青红帮的五方背景，成了"五面间谍"。
在"八一三"淞沪抗战期间，袁殊置生死于度外，深入日军阵地侦察，把这些军事情报统统提供给了潘汉年，部分情报也在经过选择之后交给了戴笠;而在上海沦为孤岛后，袁殊奉潘汉年之命(表面则是戴笠之命)留了下来，成立了秘密行动小组，专门惩办侵略者与枪杀臭名昭著的汉奸，率领军统特工成功炸毁日本在虹口的海军军火仓库。
