1915年，玛塔·哈里正式成为德国情报机关的间谍，并以巡演为掩护，被派遣到西班牙搜集情报。她的到来，令西班牙人痴狂，她与社会名流们打得火热。于是，有关西班牙各方面的情报被源源不断发往柏林。可是好景不长.英国情报部门的密探开始跟踪玛塔·哈里，她与德国间谍机构的联系被英国情报部门通报给法国反间谍机构。

　　发觉被跟踪后，玛塔·哈里回到法国并设法与法国间谍头目拉杜见了面。她说自己可以为法国搞到德国的机密情报。但是，拉杜只是表面上同意了她的提议，仍然把她送到了中立国西班牙。此时正值第一次世界大战，拉杜的目的是通过玛塔·哈里将假情报输送给德国。

　　由此，她被法国利用，成了一名双料间谍。但是，后来法国因为一封莫名其妙的电报认定玛塔·哈里极有可能为德国方面提供了大量情报。1917年2月13日，玛塔·哈里刚刚抵达法国边境，就被以间谍罪逮捕，同年7月判处被死刑。

　　1917年8月15日，玛塔·哈里被带出巴黎女子监狱执行枪决。这一天，她刻意打扮了一番，戴上了一顶宽檐黑帽。临死前，玛塔·哈里拒绝被蒙上双眼。她说想看着那些杀死她的男人的眼睛。枪手扣动扳机前，她向他们送去了最后的飞吻。

　　颇具讽刺意味的是，1999年英国情报部门公开的20世纪初的情报档案显示，当年英国情报机构并没有掌握玛塔·哈里犯有间谍罪的真凭实据。玛塔·哈里死后，有人猜测说，是她的情人、西班牙作家恩里克·戈麦斯向当局告密害死了她。也有人认为是戈麦斯的妻子因为妒忌玛塔·哈里勾引了自己的丈夫，而设局陷害了她。

　　玛塔·哈里的头在她死后被保存在巴黎阿纳托密博物馆，经过特殊的技术处理她的头仍保持了她生前的红唇秀发，像活着一样。2000年玛塔·哈里的头颅不翼而飞，估计是被她的崇拜者盗走了。玛塔·哈里基金会决定在她的故乡吕伐登为她建造一座博物馆，为一位声名狼藉的风流女子立碑扬名，不能不算是一件稀罕之事。但是，玛塔‘哈里的一生充满悲剧色彩，她留给人们的是无尽的谜一样的传说。