回国。回国途中，刘鼎接到中共命令，参加了刘伯承领导的远东工人游击队，担任一中队政治指导员及全队的武器教官。1930年春，经大连、天津到了上海。吴先清进入中共江苏省委，被派往浦东地区开展女工工作。刘鼎经周恩来批准，任中央特科情报科（第二科）副科长，协助科长陈赓开展情报工作。在中央特科工作时期，刘鼎负责联系杨登瀛，进行情报搜集工作，还参与营救被捕的关向应。1930年夏，吴先清调离中共江苏省委，进入中央特科情报科。1931年4月，特科负责人顾顺章投降国民政府后，中共中央特科进行改组，刘鼎仍留上海从事情报工作。