Но над успешной карьерой Гюнтера Гийома и самой его судьбой нависла серьёзная опасность. Она пришла оттуда, откуда её ждали меньше всего.
Осенью 1972 года во время встречи в Западном Берлине были арестованы агент Вильгельм Гронау и сотрудник разведки ГДР, при котором нашли записку, где в числе других упоминалась и фамилия Гийома. Кроме того, западногерманская контрразведка была в курсе служебных контактов Гийома и Гронау, но они носили вполне невинный характер — ни один из них не знал о разведывательной службе другого. Сотрудник разведки поэтому и включил в список Гийома, чтобы предупредить Гронау о нежелательности его контактов с этой персоной.
Тем не менее контрразведка начала разработку Гийома, но при этом он не только не был отстранён от ответственной секретной работы, но, наоборот, стал ещё ближе к Вилли Брандту. Несмотря на то что в конце мая министр внутренних дел Геншер информировал (неизвестно, в какой форме) Брандта о подозрениях в отношении Гийома, канцлер пригласил Гюнтера сопровождать его в отпуске в Норвегию. Там Гийом на протяжении нескольких недель выполнял обязанности личного референта и руководителя канцелярии. Вся переписка канцлера проходила через него.
Рут Брандт и Кристель Гийом подружились во время этого отпуска и вместе гуляли с детьми.
Как раз в этот период шла подготовка к Совещанию по безопасности и сотрудничеству в Европе, которое должно было проходить в Хельсинки. Германия была главным партнёром, и Никсон вёл конфиденциальные переговоры с Брандтом, а госсекретарь Киссинджер — с министром иностранных дел Шеелем. Никсон стремился подтолкнуть своих европейских союзников подписать Атлантическую хартию, согласно которой государства — члены НАТО должны были признать главенство США. Гийом был в курсе переговоров и противоречий между союзниками по НАТО. Стремясь проинформировать об этом свою штаб-квартиру, он снял копии важнейших документов об острых разногласиях среди союзников по НАТО и через жену отправил их по назначению. Но случилось так, что они не дошли по адресу. Когда Кристель встретилась в одном из кафе со своей связной Анитой, они заметили, что их тайно фотографируют. Анита всё же взяла документы, но некоторое время спустя, проходя по мосту через Рейн, обнаружила плотную слежку и выбросила пакетик в реку. Рейн навсегда похоронил тайну этих документов.
Разработка Гийомов продолжалась. К имеющимся подозрениям добавилось серьёзное доказательство. Спецслужбы ФРГ ещё в 1950-е годы смогли расшифровать радиограммы Центра. Узнав об этом, разведка перешла на другую систему шифров, но старые телеграммы хранились в недрах западногерманских спецслужб. Один из дотошных контрразведчиков решил проверить, кого же из агентов поздравляли в те годы с днём рождения. Оказалось, что одним из них был Гийом.
Теперь сомнений у контрразведки не оставалось, но нужно было получить юридически обоснованное доказательство. К тому же существовало ещё одно негласное обстоятельство, заставившее не спешить с арестом Гийома. Дело заключалось в том, что у канцлера Вилли Брандта были и враги и соперники. Попросту говоря, им хотелось, чтобы он как можно глубже увяз в своих контактах с Гийомом. Канцлер, около которого крутится шпион, — это ли не достойная мишень? И как показали последующие события, всё так и получилось: разоблачение Гийома смело Брандта с его поста.
Слежка, которой подверглись Кристель и Анита, вызвала тревогу у разведки ГДР. Гийому было приказано прекратить активную разведывательную работу и готовиться к возвращению в ГДР, как только супруги почувствуют себя в опасности. Но всё было тихо и мирно, и в феврале 1974 года связь с ними была восстановлена. В апреле того же года Гюнтер находился в отпуске на юге Франции, где заметил за собой слежку. Она продолжалась по всей территории Франции и прекратилась в Бельгии. Он мог скрыться, но не сделал этого. Сразу же по возвращении, 24 апреля 1974 года, Кристель и Гюнтер Гийомы были арестованы. При аресте Гюнтер растерялся и, думая прежде всего о сыне, воскликнул: «Я гражданин ГДР и её офицер, считайтесь с этим!»
Это было больше, чем признание, и следствию оставалось лишь закрепить его.
На допросах Гюнтер подтвердил, что занимался разведывательной деятельностью, но отказался давать какие-либо показания о том, что ему известно о личной жизни Вилли Брандта. Он вообще отказался выдавать какую-либо информацию о своей работе.