1959年9月15日至27日，赫鲁晓夫访美，这是苏美战后最高领导人首次会晤。梦露当时根本不认识赫鲁晓夫是谁，但她所签约的二十世纪福克斯公司坚持要她去参加欢迎会，公司高层告诉她，在苏联，美国就意味着可口可乐和梦露。梦露听罢非常开心，遂同意参加赫鲁晓夫访美欢迎会。
　　据悉，就是在这次酒会上，苏联方面还派出一个神秘的人物出席，他就是苏联常驻联合国代表处工作人员沃隆诺夫斯基。沃隆诺夫斯基的真实身份是苏联克格勃对外侦察员，他是奉苏联克格勃主席舍列宾之命前去观察梦露的。赫鲁晓夫那时尚不知，这位美国性感影星已与沃隆诺夫斯基双双坠入爱河。
　　沃隆诺夫斯基曾是苏联国际关系学院的高材生，他风流倜傥，一表人才。在一份克格勃提交的 “沃隆诺夫斯基同志为适应特殊工种所具备的身体条件报告”中这样写道：“苏联驻联合国工作人员沃隆诺夫斯基同志的使命，即是为获取美国总统的情妇——著名演员玛丽莲·梦露的好感。据悉，这份报告至今仍保存在俄罗斯国家安全局总部卢比扬卡的原克格勃档案馆。


　　1959年7月，美国民主党在纽约举办了一次国际聚会，梦露和沃隆诺夫斯基均应邀出席。梦露的女友多年后道破天机，她说，梦露一见沃隆诺夫斯基，立即被他英俊潇洒的外表征服，于是，她主动勾引了他。之后，他俩在一段时间里，成双入对。1959年10月至11月间，沃隆诺夫斯基奉命返回莫斯科述职。那时，整个苏联高层对梦露极为重视，都在等着听沃隆诺夫斯基汇报工作，一起研究如何推进克格勃与梦露的合作。舍列宾在苏联解体之后回忆说，讨论期间，沃隆诺夫斯基应各位领导的要求，还一起分享了他与梦露的“情感生活细节”。赫鲁晓夫听罢沃隆诺夫斯基的讲述，当场表示，应该立即决定招募梦露做克格勃间谍。赫鲁晓夫还异想天开地提出，邀请梦露来莫斯科拍电影。最终，苏联高层一致确认招募梦露为克格勃侦察员。
　　1959年12月，沃隆诺夫斯基致电梦露，说她的苏联之旅已安排妥。1960年1月，梦露的丈夫米勒为了赶写新剧本去了爱尔兰，梦露的新片尚未开拍，正在家休养。她闲来无事，遂着手准备与沃隆诺夫斯基远行苏联。2月11日，梦露更名改姓，素颜出行，与沃隆诺夫斯基双双出境。
　　沃隆诺夫斯基携美国情人梦露在莫斯科做短暂停留后，立即前往他父母位于莫斯科州的乡间别墅小住。接着，他们又乘坐“红箭列车”前往列宁格勒游玩3天。之后，他们便飞回了纽约。
　　沃隆诺夫斯基根据克格勃的安排，在与梦露幽会时，安置了录音和录像装置，传送了大量幽会的亲密照片和影像资料。沃隆诺夫斯基担心梦露有朝一日当面拆穿他，他甚至想跪求克格勃主席舍列宾，别再让他来亲办招募和胁迫梦露为克格勃效力。不久，他便给莫斯科写了报告，提出希望返回苏联。1960年4月，莫斯科下达了调动沃隆诺夫斯基返回莫斯科工作的命令。
　　在临行前夜，沃隆诺夫斯基致电正在洛杉矶的梦露。他对梦露撒谎说，他有要紧公务急需返回莫斯科处理，只是尚且不知何日再与她相见。梦露听出他话中有话，就问：“你讲话的声音都变了，是不是出了麻烦？”沃隆诺夫斯基沉默不语，他知道他们的电话早已被监听。梦露在电话那头突然放声大哭道：“天哪，我知道是因为我！是我拖累了你！”她停了一下，又说：“告诉我，我能为你做点什么？”沃隆诺夫斯基手举听筒，僵在原地，不知说什么是好。最终，他默默地挂上了电话，任凭梦露在电话的那一头，绝望而深情地呼唤着他的名字。
　　在苏联解体之后，沃隆诺夫斯基曾对媒体公开表示，从欺骗梦露，到最终失去梦露，他将后悔一生。
　　沃隆诺夫斯基离开美国后，洛杉矶的克格勃间谍继续推进梦露为苏联提供情报的计划。他无法说清，克格勃对梦露所做的一切，与后来发生的梦露之死到底有没有关联。沃隆诺夫斯基只听说，梦露为了再见到他，被迫同意与克格勃合作。
　　沃隆诺夫斯基试图逐步将梦露发展成苏联间谍前后，美国情报机构也对梦露的各个方面都进行了追踪和调查。美国解密的资料显示，梦露确实已被克格勃招募为职业特工，代号玛莎。意大利“全景”媒体说，梦露曾向赫鲁晓夫表示，想加入苏共。