Trong hàng chục năm, Hanssen không chỉ tiết lộ thông tin về việc điệp viên Liên Xô nào đang nằm trong tầm ngắm của Mỹ, mà còn giúp Liên Xô bắt giữ các điệp viên do FBI hoặc cơ quan tình báo Mỹ cài vào.
Động cơ của Hanssen khi cung cấp tài liệu mật cho Liên Xô đơn giản là vì tiền.
FBI và CIA bắt đầu nghi ngờ về việc có người bí mật cung cấp thông tin cho Liên Xô và sau này là Nga khi điệp viên hai mang của CIA là Aldrich Ames bị nhà chức trách Mỹ bắt giữ vào năm 1994. Nghĩa là ngoài Ames, còn có người khác cung cấp thông tin mật cho Nga.
Sau nhiều năm nỗ lực xác định manh mối bất thành, CIA tiếp cận được tài liệu của chính phủ Nga, phát hiện Hanssen chính là gián điệp.
Tháng 2/2001, 300 đặc vụ và nhân viên an ninh theo dõi Hanssen 24/24, từ khi điệp viên này bước ra khỏi cửa nhà cho đến khi quay về vào buổi tối.
Ngày 18/2/2001, các nhà điều tra bắt giữ Hanssen khi ông này có hành động cung cấp thông tin cho một đầu mối tình báo Nga.
Hanssen gói các tài liệu mật vào một túi rác bằng nhựa và dán vào mặt dưới của một cây cầu dành cho người đi bộ. Hanssen bị bắt khi đang quay trở lại xe.
Các nhà điều tra tin rằng, thông tin mật do Hanssen cung cấp đã khiến 2 trong số 3 sĩ quan Liên Xô làm việc cho Mỹ bị xử tử. Hanssen cũng thông báo cho Moscow về đường hầm Mỹ xây dựng bên dưới đại sứ quán Liên Xô ở Washington để nghe lén.
Nhờ cung cấp các bí mật của Mỹ, Hanssen đã nhận được hơn 1,4 triệu USD, cùng nhiều trang sức, đồng hồ Rolex xa xỉ.
Tổng cộng, Hanssen đã cung cấp cho Liên Xô và sau này là Nga hơn 6.000 tài liệu mật, 26 đĩa máy tính. Hanssen bị kết án tù chung thân không ân xá vào ngày 10/5/2002.
Hai tháng sau, Hanssen bị đưa đến nhà tù ADX ở Florence và bị giam ở đó cho đến khi qua đời vào ngày 5/6. Trong những năm tháng cuối đời, Hanssen luôn tự nhận mình là "điệp viên gây thiệt hại nặng nề nhất trong lịch sử FBI".