Han forlot Norge om bord på snekka MK «Viking» som gikk ut ifra Rauna i Farsund den 11. august 1940 og ankom Aberdeen i Storbritannia den 17. august. Han slutta seg til Special Operations Executive og Kompani Linge. Starheim var tre turer tilbake til Norge og organiserte etterretningsvirksomhet på Sørlandet, første gang i Operasjon Cheese med blant annet en radiostasjon drevet av Gunvald Tomstad. Han blei arrestert av tyske styrker i Oslo, men klarte å rømme.