Tuy nhiên đến lúc này sau vụ khủng hoảng kênh đào Suez, mối quan hệ giữa hai nước đã xấu đi nghiêm trọng, khiến phần lớn người Do thái phải rời bỏ Ai Cập. Không thể hoạt động do bị giám sát thường xuyên từ phía mật vụ Ai Cập. Cohen lại quay về quê hương.
Mong muốn được tiếp tục hoạt động tình báo, nhưng nguyện vọng gia nhập Mossad của Cohen đã bị từ chối do không được đánh giá cao về khả năng. Anh ta buộc phải tạm hài lòng với công việc của một kế toán tại cửa hàng bách hóa, cưới vợ và có con với một cô gái Do thái gốc Iraq vào năm 1959.
Một số đồng đội và quan chức tình báo cũ của Israel tuy nhiên lại không quên những công lao và ưu điểm của Cohen. Một người đàn ông có khả năng nói thành thạo tiếng Anh, Pháp, Arab; đồng thời có trí nhớ tuyệt vời “như một chiếc máy ảnh” thì không thể bỏ phí. Sau khi được các quan chức tình báo quân đội gặp gỡ và giao nhiệm vụ, Cohen vào năm 1960 bắt đầu tham gia một lớp huấn luyện nghiệp vụ mới với tư cách điệp viên của Mossad.
Cohen có tất cả 9 tháng để chuẩn bị cho sứ mạng mới: học cách theo dõi và thoát khỏi bị theo dõi, mã hóa và sử dụng máy thu phát vô tuyến… Kỹ năng ghi nhớ tuyệt vời của anh ta cũng được trau dồi bằng cách học và nhận dạng tất cả những mẫu xe tăng, lựu pháo và máy bay, còn khả năng ngôn ngữ thì học thêm về tiếng Arab theo thổ ngữ Syria.
Cohen buộc phải quên tên tuổi cũ của mình để trở thành một người hoàn toàn khác. Chia tay vợ con, anh ta bay tới Argentina, là nơi có một cộng đồng lớn người Arab sống tại đây từ đầu thế kỷ XIX.
Anh ta bước vào làm thủ tục trong chặng quá cảnh tại Zurich trước khi tới Buenos-Aires với giấy tờ mang tên Kamil Amin Taabet, một thương gia thành đạt gốc Syria, được thừa hưởng từ cha mẹ khoản tiền thừa kế lớn. Chỉ cần vài tháng, Cohen đã học nói được thêm tiếng Tây Ban Nha, khiến những người trò chuyện với ông đều tin rằng, ông đã sống tại Mỹ Latinh từ hơn 15 năm qua.
Cấp trên cũng phải kinh ngạc vì khả năng nhập vai xuất sắc của Cohen. Thương gia Taabet – được đánh giá là hào phóng, dễ mến và yêu quê hương Syria – thường xuyên tổ chức những buổi dạ tiệc tại nhà của mình.
Chỉ trong một năm, ông ta đã có được những mối quan hệ khăng khít với giới chức thượng lưu trong cộng đồng người Arab tại Argentina. Ông được các thương gia, nhà ngoại giao, nhà báo và cả các quan chức quân sự Syria (thường tới Argentina thăm bạn bè và họ hàng) biết đến, yêu mến và quí trọng.
Rất nhanh chóng, nhà triệu phú trẻ kết bạn thân thiết với Amin al-Hafiz, một sĩ quan về hưu, thành viên đảng Baath, khi đó là tùy viên quân sự Syria tại Argentina. Tháng 3-1963, đảng Baath tổ chức thành công cuộc đảo chính quân sự với al-Hafiz là một trong nhà lãnh đạo hàng đầu.
Giành được chính quyền, các chiến hữu đã lựa chọn al-Hafiz làm tổng thống. Cũng rất nhanh chóng, người bạn triệu phú trẻ tuổi của tổng thống cũng dọn về Damascus.
Taabet thường xuyên tham dự các đại hội của đảng Baath, ghi tốc ký các bài phát biểu, lắng nghe những cuộc trò chuyện bên ngoài hành lang của các giới chức cao cấp hàng đầu. Anh ta còn thuê một căn hộ nằm đối diện với dinh Tổng thống và trụ sở Bộ Tổng tham mưu quân đội.
Chỉ cần đứng sau cửa sổ nhà mình, Taabet có thể nhìn thấy ai tới gặp các quan chức cao cấp nhất trong quân đội và chính quyền Syria, những căn phòng nào đang diễn ra các cuộc họp cấp cao… Không chỉ có vậy, Cohen biết tận dụng uy tín đã có tại Argentina để thiết lập thêm hàng chục mối quan hệ quan trọng mới.
Tương tự như tại Buenos-Aires, Cohen thường xuyên tổ chức nhiều buổi dạ tiệc tại nhà mình, kèm theo đó là cơ hội tán gẫu với các sĩ quan bộ tổng tham mưu Syria khi đã uống quá chén. Chỉ trong một thời gian rất ngắn, Cohen đã có được sự tin cậy của giới lãnh đạo cao cấp Syria, thậm chí còn trở thành cố vấn của Bộ trưởng Quốc phòng. Người Syria không thể ngờ rằng, một nhân vật tin cẩn của Tổng thống, đại tá cơ quan an ninh Taabet trên thực tế lại là một người Do thái sẵn sàng làm tất cả cho chiến thắng của Israel trước người Arab.
Nhờ tài năng của mình, Taabet còn ghi nhớ và chụp ảnh được hàng chục cơ sở quân sự, khai thác được nhiều bí mật quốc gia khác của Syria. Hàng ngày, thông qua chiếc máy vô tuyến xách tay, ông đã kịp gửi về Israel nhiều thông điệp mã hóa, cũng như qua việc gửi thư với thông tin viết bằng mực tàng hình.
Theo các dữ liệu chính thức, Cohen đã có công lao không thể đánh giá hết trong việc củng cố an ninh quốc gia của Israel. Hàng trăm thông tin do ông ta cung cấp cho cơ quan tình báo được đánh giá là đặc biệt cần thiết cho sự tồn tại của quốc gia Do thái.
Như vào năm 1964, Cohen chuyển cho giới lãnh đạo thông tin về các kế hoạch chuyển đổi lòng sông Jordan. Theo đó, người Arab dự định chuyển đổi dòng chảy của sông khiến cho Israel mất tới 1/3 nguồn nước sinh hoạt của mình. Những số liệu cung cấp kịp thời giúp cho không quân Israel phát hiện và hủy diệt tất cả những phương tiện kỹ thuật định sử dụng cho mục đích này.

Nhờ thông tin của Cohen, Israel thậm chí còn biết trước phần lớn các tướng lĩnh Syria về việc Liên Xô sẽ cung cấp cho họ những trang bị quân sự nào, được cất giữ ở đâu và dùng để làm gì. Điệp viên này còn báo cho Tel-Aviv về nơi ẩn náu của tên tội phạm phát xít Franz Rademacher tại Syria mà anh ta tình cờ biết được. Rất nhanh chóng, Rademacher đã phải đền tội sau đó.
Nhưng kết quả hoạt động đáng kể nhất của Cohen chính là những cây xanh trồng trên cao nguyên Golan, một khu vực nhỏ hẹp nhưng lại có ý nghĩa quan trọng thiết yếu đối với Israel. Từ độ cao này, đối phương có thể nhanh chóng triển khai tấn công và bắn phá một phần đáng kể diện tích của đất nước.
Là người bạn thân của nhiều tướng lĩnh quân sự và chính trị gia hàng đầu, thương gia Taabet được thoải mái đặt chân tới nhiều căn cứ quân sự, trong đó có cả những đơn vị pháo binh trên cao nguyên Golan. Khi chứng kiến các binh sĩ tại đây kiệt sức vì nóng, ông đã đề xuất trồng xung quanh các hầm pháo loại cây khuynh diệp có cành lá tỏa rộng – theo lời ông vừa có bóng râm cho binh sĩ, vừa che giấu lối vào các hầm trước khả năng phát hiện của các phi công đối phương.
Người Syria đã nghe theo Taabet, khiến trên cao nguyên Golan xuất hiện nhiều ốc đảo xanh mát. Đến cuộc chiến năm 1967, các máy bay ném bom của Israel cứ nhằm chính những đám cây rậm rạp đó mà oanh kích, nhờ đó tiêu diệt hoàn toàn các đơn vị pháo binh tại đây. Vùng cao nguyên có tầm quan sát bao quát toàn bộ lãnh thổ Israel hiện nay vẫn là vùng lãnh thổ tranh chấp về chủ quyền cho Israel chiếm giữ. Có điều điệp viên Cohen đã không sống được cho tới thời điểm những công sức đóng góp của ông cho ra thành quả.
Cohen trong suốt những năm tháng hoạt động của mình chỉ có thể trở về Israel vài ba lần, lần cuối cùng trong năm 1964 vào đúng dịp chào đời đứa con thứ ba của ông. Nguyên nhân chủ yếu là vì vấn đề an toàn. Trước khi trở về Syria, ông hứa hẹn với vợ đó là chuyến công tác cuối cùng của mình, sau đó sẽ trở về ở hẳn cùng với gia đình.
Tuy nhiên, tình báo Syria bắt đầu lờ mờ nhận ra rằng, trong hàng ngũ quan chức của họ đang có một điệp viên cỡ bự của Israel, khi trong hầu hết các chiến dịch quân sự, người Do thái đều cho thấy họ nắm rất rõ về tình hình của đối phương. Điển hình là sau chiến dịch pháo kích của Syria vào lãnh thổ Israel, không quân nước này đã đáp trả với những đòn không kích thành công và chính xác đến đáng ngạc nhiên.
Chiến dịch truy tìm tên gián điệp được triển khai với những phương tiện vô tuyến hiện đại nhất của Liên Xô. Cơ quan phản gián đã bí mật chỉ thị các đơn vị ngừng hoàn toàn phát sóng theo từng giai đoạn để có thể dò ra làn sóng lạ. Kết quả là vào lúc rạng sáng, họ đã bắt được tín hiệu mã hóa phát đi từ khu nhà nằm đối diện với trụ sở Bộ Tổng tham mưu. Bốn đặc nhiệm đã xâm nhập và bắt tận tay Cohen đang truyền một bản tin mật về Tel-Aviv.
Trong ngôi nhà của “quan chức Syria” có thế lực lớn này, các nhân viên phản gián đã phát hiện ra thuốc nổ và một số công cụ phục vụ cho hoạt động gián điệp. Chưa kể cơ quan mật vụ Ai Cập cũng đã chính thức xác nhận về người quen cũ này chính là Eli Cohen.
Theo một số thông tin, một trong những cơ sở để phản gián Syria bắt đầu đưa Cohen vào tầm ngắm chính là thái độ quan tâm quá mức của ông ta đối với một tên tội phạm phát xít, thậm chí còn gặp gỡ với các nguồn tin từ Mỹ để tìm cách ám sát tên này.
Cohen sau đó đã phải trải qua 4 tuần bị tra tấn, trước khi ra trước tòa án binh mà không được phép có luật sư bào chữa. Mọi nỗ lực của Tel-Aviv nhằm cứu thoát hay trao đổi đều bất thành, ngay cả sự can thiệp của Giáo hoàng cũng không thể khiến người Arab trả tự do cho ông ta. Không có gì đáng ngạc nhiên khi tính đến mức độ tổn thất nghiêm trọng thế nào của Syria vì hoạt động tình báo của Cohen. Với bản án tử hình được tuyên, Cohen bị treo cổ trước sự chứng kiến của 10 ngàn người ngay trong tháng 5-1965 tại quảng trường của thủ đô Damascus.
Đến bây giờ, vẫn chưa thể rõ thi thể của Cohen được phía Syria chôn cất ở đâu. Còn quốc gia Do thái cũng không quên người anh hùng của mình. Đã có rất nhiều bộ phim về ông được sản xuất và công chiếu. Tên tuổi của điệp viên xuất sắc nhất trong lịch sử Mossad được đặt cho nhiều đường phố và làng mạc ở Israel.