I 1957 ble Pacepa sent til Romanias handelsstasjon i Frankfurt am Main i Vest-Tyskland som visestasjonsleder, men var i virkeligheten sjef for den rumenske etterretningen der. Året etter ble han kalt tilbake til Romania etter at to spioner ved handelsstasjonen ble arrestert av vesttysk etterretning. I oktober 1959 utnevnte innenriksminister Alexandru Drăghici ham til leder av Romanias nyopprettede departementet for industrispionasje, Știință și Tehnologie, i Direktorat I. Han var leder for rumensk industrispionasje frem til han hoppet av i 1978. Han var involvert i opprettelsen av Romanias bilindustri, og med utviklingen av landets mikroelektroniske, polymer-, og antibiotitiske industrier.