В апреле 1933 года Карцев направлен на учёбу в Военную академию имени М. В. Фрунзе, после окончания которой в октябре 1936 года был зачислен в распоряжение разведывательного управления РККА и в ноябре того же года назначен на должность назначен на должность помощника начальника, а в октябре 1937 года — на должность начальника пограничного разведывательного пункта разведотдела Ленинградского военного округа, в июле 1938 года назначен на должность начальника отделения разведотдела штаба Среднеазиатского военного округа, а в феврале 1939 года — на должность заместителя начальника разведотдела штаба Забайкальского военного округа, после чего принимал участие в боевых действиях на реке Халхин-Гол.