Kylmän sodan toimissa keskeisiä olivat myös tiedustelupalvelut: Yhdysvaltain CIA, ja Neuvostoliiton KGB. Tiedustelu oli jatkuvaa kilpajuoksua kaksoisagentteineen ja loikkareineen. Kuuluisimpiin vakoilutapauksiin kuuluu Ethel ja Julius Rosenbergin tapaus, jossa kaksi yhdysvaltalaista kommunistia tuomittiin kuolemaan syytettyinä atomivakoilusta. He olivat ainoat vakoilusta teloitetut yhdysvaltalaiset kylmässä sodassa. 1950-luvun alussa Yhdysvalloissa koettiin suorastaan antikommunistinen hysteria. Senaattori Joseph McCarthy syytti kommunismista niin professoreita, virkamiehiä kuin elokuvien käsikirjoittajiakin. Seurasi ajojahti, jonka tarkoituksena oli erottaa kaikki kommunistit ja heidän tukijansa tehtävistään. McCarthyn uskottavuus kuitenkin romahti, kun hän ei pystynyt todistamaan kaikkia mielikuvituksellisia syytöksiään.

Yhdysvallat kuvasi Neuvostoliiton sotilaskohteita U-2 vakoilulentokoneen avulla. Suuresta nopeudesta ja lentokorkeudesta huolimatta NL onnistui ampumaan koneen alas. Seurauksena oli kriisi maiden välille.

Vakoilua harjoitettiin myös lentokoneilla. Yhdysvallat halusi kehittää koneen, joka pystyisi lentämään vähintään 21 000 metrissä Neuvostoliiton tutkien tavoittamattomissa. Vastaukseksi rakennettiin U-2 -lentokone, jonka tehtävänä oli lentää Neuvostoliiton yllä ja valokuvata sotilaskohteita. Vakoilulennot uudella koneella aloitettiin 1950-luvun lopulla. Huolimatta hurjasta lentokorkeudesta, Neuvostoliiton ilmapuolustus kuitenkin onnistui ampumaan alas Gary Powersin ohjaaman U-2 -koneen toukokuussa 1960, ja ulkopoliittinen selkkaus oli valmis. Neuvostoliitto antoi asiasta nootin, mutta Yhdysvallat yritti selitellä lentokoneen vain tutkineen ilmakehää. Lopulta presidentti Eisenhower tunnusti lentojen olleen sotilaallisia ja Neuvostoliiton ylilennot lopetettiin.
_{lähde: epookki 7-8, historia}