Fra 7. juni 2016 til 9. april 2020 var al-Kadhimi leder for Iraks nasjonale etterretningstjeneste (Iraqi National Intelligence Service, INIS). Han gjennomførte store reformer i tjenesten for å øke effektiviteten og for å kunne møte nye utfordringer nasjonalt og internasjonalt. Under hans ledelse spilte etterretningstjenesten en viktig rolle i Iraks bekjempelse av IS, og han samarbeidet med den USA-ledede aksjonen mot disse.