وصل كوهين إلى دمشق في زمن الانفصال بين سوريا ومصر، والاستياء من عبد الناصر وسياسته في سوريا، وكان النظام الجديد يبحث عن مصادر دعم ومساندين من المهجر، فكان وصول رجل الأعمال السوري وبتوصيات من شخصيات متعددة أنسب وقت لكمال أمين ثابت أن يوسع شبكة علاقاته وأن يتبرع بأمواله في خدمة وطنه الذي عاش بعيداً عنه فترة طويلة . في دمشق، طمح عدد من العائلات الثرية بتزويج بناتهن له، وأصبح خلال فترة وجيزة من أهم الشخصيات المعروفة في دمشق، وبات قريباً جداً من دائرة الحكم وصناعة القرار، وكان يزوره في "الفيلا" التي كان يسكنها وزراء وضباط من أعلى مستويات السلطة، وكبار قادة حزب البعث، وحتى إن أمين حافظ عشية وصوله إلى دمشق صافحه بحرارة كصديق في المهجر . وكان كوهين يقدم الهدايا النفيسة لزوجات وعائلات المسؤولين . ومن خلال علاقاته لم يبق باب مغلق أمامه، وكان يرسل المعلومات بشكل يومي إلى "إسرائيل" . ولم يتم كشف ترددات رسائل البث الصادرة من بيته، لأن الكثير من رسائل البث كانت تصدر من مقر القيادة العسكرية السورية بجانب بيته، فقد كانت تشكل غطاء له . وقيل إن كوهين كان يقيم حفلات جنس في فيلته، يدعو إليها شخصيات نافذة من أصدقائه المقربين ممن يمتلكون معلومات حساسة، وكان الجميع ينغمس في المجون إلا كوهين يبحث عن المعلومات . كان كوهين قد زود قادته في الموساد بتفاصيل المعلومات عن المخططات السورية على الحدود "الإسرائيلية"، وكل أشكال الأسلحة التي يمتلكونها، لذلك عندما تم إطلاق نيران على الجرارات "الإسرائيلية" في المنطقة منزوعة السلاح في 13 نوفمبر/تشرين الثاني ،1964 كان رد الفعل "الإسرائيلي" هائلاً من دون أن تحسب حساباً للطيران السوري، لأنها كانت واثقة من معلومات كوهين حول عدم جاهزية الطيران السوري . بعد هذه الأحداث، لاحظ رئيس قسم المخابرات الفلسطينية آنذاك (طيارة) أنه منذ 1964 وأي قرار تتخذه الحكومة السورية يذاع صباحاً في "إسرائيل"، وهذا الأمر أثار شكوكه بوجود جاسوس "إسرائيلي" مزروع في سدة الحكم أو من الدائرة القريبة منها، وبناء على هذا تم إيقاف كل الترددات والإرسال من القيادة العسكرية لمدة 24 ساعة، للتأكد من مكان إصدار رسائل البث، وتبين لهم خلالها أنها تصدر من بيت كمال أمين ثابت، وهذا كان محل استغراب، حيث كان معروفاً بحبه وإخلاصه للقومية العربية، وكان يردد دائماً أن "إسرائيل" هي أحقر عدو للقومية العربية، إلا أنه بعد التأكد، دهمت قوى الأمن منزله وعثرت على أدوات ومعدات الإرسال، وكان إلقاء القبض عليه بمثابة صدمة في سوريا، حتى إن أمين الحافظ نفسه التقى به في الزنزانة، وتم، على أثرها، استجواب أكثر من سبعمئة شخص من الرجال والنساء . تدخل الكثيرون لإطلاق سراح كوهين من عدد من الدول الأوروبية، حتى إن "إسرائيل" أرادت أن تبادله بعشرة جواسيس سوريين قابعين في الزنزانات "الإسرائيلية"، إلا أن القيادة السورية رفضت وأصدرت حكماً بإعدامه في ساحة المرجة الشهيرة في دمشق وسط الجماهير الغفيرة، بعد أن التقى به رجل الدين اليهودي الدمشقي نيسيم أندابو، حيث تركوه يكتب الرسالة الأخيرة إلى عائلته، كما تمت معاقبة وسجن من كان متورطاً معه مثل ماجد شيخ الأرض الذي لم يكن يعرف هوية كوهين الحقيقية، إلا أنه كان يعتبره أسطورة، وفي الحقيقة بقي كوهين في ضمائر "الإسرائيلين" أسطورة التجسس، وفي نظر السوريين أكبر اختراق لصفوفهم .
