W okresie I wojny światowej do jego najsłynniejszych szpiegów należała Mata Hari, najskuteczniejszym był natomiast sędziwy baron August Schluge, który w latach 1914−1918 potrafił co dwa dni przesyłać do Berlina raporty zawierające ordre de bataille armii francuskiej.

W 1915 roku stworzył służbę wywiadu wewnętrznego, mającą informatorów w niemieckich zakładach przemysłowych, instytucjach i kręgach towarzyskich. Zostały podjęte wysiłki, by zbierać informacje o obcych państwach, ale po pogorszeniu się sytuacji wewnętrznej w Niemczech Nicolai uznał, że równie cenne są informacje o własnym kraju.

Mimo podjętych starań kierowanemu przez niego oddziałowi III b Sztabu Generalnego nie udało się w porę podjąć działalności szpiegowskiej w Stanach Zjednoczonych (zajął się nią dopiero w kwietniu 1917 roku, po wypowiedzeniu przez USA wojny Niemcom). Nie udało mu się również zdobyć niezbędnych informacji z zakresu wywiadu gospodarczego w krajach państw Ententy oraz informacji o nowych rodzajach broni, jaka pojawiła się na polu walki, np. czołgów.

Był również organizatorem akcji przerzucenia przez Finlandię do Rosji Włodzimierza Lenina − Niemcy Lenin opuścił w zapieczętowanym wagonie kolejowym.