Chang được CIA liên lạc vào năm 1982. Cơ quan này đã thành lập một đội đặc nhiệm hoạt động bí mật ở Đài Loan, chuyên theo dõi việc phát triển vũ khí hạt nhân.
Mỗi tháng, Chang gặp nhân viên của nhóm này 2 hoặc 3 lần tại khu chợ đêm Shilin ở thành phố Đài Bắc. Chang cung cấp danh sách các thiết bị mà nhà cầm quyền Đài Loan đã mua để phục vụ việc nghiên cứu vũ khí hạt nhân hoặc nội dung những buổi họp bàn về vũ khí hạt nhân của chính phủ.
Cuộc đào tẩu gây tranh cãi
Đầu tháng 1/1988, Chang Hsien-yi xin nghỉ phép thường niên. Theo quy định, những người giữ các trọng trách tối mật về vũ khí hạt nhân như Chang không được ra nước ngoài, mà phải nghỉ ở nhà hoặc ở những khu an dưỡng trong nội địa nhằm tránh trường hợp bị bắt cóc hoặc bị mua chuộc.
Biết trước điều này, CIA sắp xếp để một công ty Mỹ có trụ sở đặt tại Mỹ, ký hợp đồng lao động với Chang dưới một cái tên mới. Chang được cung cấp một hộ chiếu mới và bản thị thực hợp đồng lao động của Chang đã được Cục Di trú Mỹ phê duyệt. Bên cạnh đó, CIA bố trí cho vợ con của Chang đi du lịch Nhật Bản, rồi từ Nhật Bản sẽ bay sang Mỹ đoàn tụ cùng Chang.
Sáng ngày 8/1/1988, vợ con Chang đáp máy bay đi Tokyo. Tối cùng ngày, Chang ra sân bay quốc tế Kaohsiung, Đài Loan để đến thành phố Seattle, bang Washington, Mỹ.
Trong hành lý của Chang, ngoài những vật dụng cá nhân, còn có những tài liệu tuyệt mật về chương trình nghiên cứu, chế tạo vũ khí hạt nhân của Đài Loan cùng các kế hoạch sử dụng.
Một ngày sau khi Chang đặt chân đến thành phố Seattle, Mỹ lập tức công bố thông tin gây sửng sốt này. Cùng với đó, Mỹ còn công bố kế hoạch nghiên cứu, chế tạo bom nguyên tử của Đài Loan dựa trên những hồ sơ mà Chang mang theo cùng những tiết lộ của anh ta.
Cuối cùng, Mỹ đã thành công trong việc gây áp lực buộc Đài Loan phải đóng cửa mọi cơ sở liên quan đến phát triển vũ khí hạt nhân, cũng như đóng cửa lò phản ứng nước nặng tại CSIST. Đài Loan lúc đó được cho là chỉ cần một đến hai năm là hoàn thành một quả bom hạt nhân.
Ông Chang Hsien-yi và cuốn hồi ký gây tranh cãi
Tháng 12/2016, cuốn hồi ký "Nuke Spy" (tạm dịch: Gián điệp nguyên tử) của Chang Hsien-yi chính thức ra mắt người đọc và nhanh chóng gây ra nhiều cuộc tranh cãi. Không ít người đặt câu hỏi về lòng trung thành của một quân nhân như Chang đối với quê hương của mình, trong khi nhiều ý kiến ủng hộ đạo đức của một nhà khoa học đã ngăn ngừa một cuộc tấn công tiềm tàng bằng vũ khí hạt nhân. Chang cho biết cảm thấy lo ngại rằng những nghiên cứu của mình về vũ khí hạt nhân sẽ được sử dụng bởi những người 'có tham vọng chính trị' nhằm gây hại cho Đài Loan.
Sau khi đoàn tụ tại Mỹ, gia đình Chang được đưa về một nơi an toàn nhằm tránh sự bị bắt cóc và trả thù. Suốt hàng chục năm sau đó, Chang cùng vợ con sống dưới những cái tên giả. Năm 1990, Chang cùng vợ con chuyển về bang Idaho. Tại đây, Chang làm việc với vai trò tư vấn cho Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho đến khi nghỉ hưu năm 2013.
Nói về quyết định của mình năm xưa, Chang cho biết điều hối tiếc duy nhất là không được ở cạnh cha mẹ khi họ qua đời.