Gabrielle bleek reeds door de Britse Geheime Dienst (British Intelligence Service) gerecruteerd te zijn en vanuit Folkestone gaat het naar Londen. In de Engelse hoofdstad krijgt zij een wekenlange intensieve opleiding als spionne en wordt in augustus 1915 weer naar België gezonden om diverse spionageactiviteiten uit te voeren. Aan een zuster van Maurice die in het Belgische vluchtelingenkamp te Harderwijk zat, schreef ze op 10 augustus 1915 vanuit Vlissingen, dat ze met 'Gods genade' weer naar België trok ("Je m'n en vais à la grâce de Dieu"). Ook de Duitse contraspionage is al vrij vroeg op de hoogte van haar activiteiten en ze wordt naarstig opgespoord.

Terug in België gaat Gabrielle aan de slag als spoorwegspionne in de streek tussen Ieper en Maubeuge in Frankrijk. Om de geallieerde troepen te helpen, waagt ze zich voortdurend in vijandelijk gebied. Ze moet zich voortdurend vermommen om niet herkend te worden want de Duitse spionagedienst is haar op het spoor. Zo vermomd ze zich als handelsreiziger, als kindermeisje en zelfs als soldaat.

Haar vele reizen per spoor -zo wist Binder van de Duitse contraspionage later te melden- legde ze meestal af in mannenkleren. Zo bewaarde zij in haar appartement in de Schouwburgstraat te Brussel de complete uitzet van een Duitse officier. Zelfs het linnengoed was gemerkt met de initialen 'W.H.' en haar militaire (valse) pas stond op naam van een zekere Duitse officier, Walter Henning genaamd. Een andere kamer leek wel op op een typische 'mannenkamer': overal lagen stafkaarten uitgespreid op tafel en meubels, aan de muur hing een foto van een Duitse generaal en zijn lief zittend in een divan bekleed met een tijgervel. In de kamer van het vriendinnetje stond dan op een commode een foto van die 'Henning'. De cover-up moest zo kompleet mogelijk zijn.

De Duitse agent Binder beschrijft nog een ander voorval dat Gabrielle als vermomde Duitse officier zou overkomen zijn, en het blijft zoveel jaren later, al even moeilijk de feiten van de naoorlogse mythevorming te scheiden. Zo zou Gabrielle Petit tijdens een van haar vele treinreizen als Walter Henning op de lijn van Rijsel naar Gent de avances van een [homoseksuele] Duitse kapitein te verduren hebben gekregen. Die wilde 'die mooie jonge man' meeloodsen naar Brussel en 'hem de stad tonen'. Gabrielle zag geen kans zich uit deze hachelijke situatie te redden en bevond zich korte tijd later alleen met deze kapitein in een hotelkamer te Brussel. Uiteindelijk slaagde zij erin uit het hotel Anspach te ontsnappen langs de achterdeur, met achterlating van haar (zijn) overjas. Toen ze even later, vermomd als krantenverkoopster, terugkeerde om de achtergelaten jas op te halen, stootte zij op deze amoureuze kapitein die de Duitse politie er had bijgehaald om de eigenaar van de jas op te sporen.

Afb. links: Na-oorlogse heldenverering van Gabrielle Petit

De geheime opdrachten van Gabrielle Petit zijn velerlei. Zo moet zij voortdurend de positie van de Duitse troepen doorgeven. De data dat de troepenbewegingen worden verwacht, het aantal eenheden, hoe ze bewapend zijn, of het om de Landwehr of de Landsturm gaat, hoe oud of hoe jong de Duitse manschappen zijn, de nummers van de betrokken regimenten, de kleur van hun uniformen en revers, of het oude of nieuwe uniformen betreft, welke vlaggen en kentekens ze meedragen, waar zich de hoofdkwartieren van de Duitse eenheden bevinden, hoe het moraal van de troepen is, hoeveel gewonden ze met zich meedragen en of de hospitalen gevuld of leeg zijn enz..

De Duitse troepen in Brussel konden geen stap verzetten of het verzet had het gezien. Dat was de verdienste van Gabriëlle Petit. Dankzij haar wisten de Britten precies waar er hoeveel vijandelijke troepen te verwachten waren. Petit houdt de Duitse troepenbewegingen per spoor in de gaten en speelt verbazend snel precieze informatie door aan de Britten. De spionne werkt ook als koerierster voor het clandestiene dagblad La Libre Belgique en voor de ondergrondse postdienst Mot du Soldat. Daarnaast helpt ze een vluchtroute naar Nederland opzetten. De rapporten schrijft ze op kleine blaadjes zijdepapier die ze in haar kleding verstopt.

Op vraag of ze nooit bang is antwoord ze: "Le danger, je ne le crains pas. A quoi bon? Je remplis la mission le plus belle que peut rêver une femme en temps de guerre. Je fais mon devoir, advienne que pourra. Je sais que si on me prend, on me collera au mur. Et après?[..] Si je dois mourir en service, ce sera comme le soldat, la pensée au drapeau." [vrij vertaald: "Het gevaar vrees ik niet. Waarom zou ik ook? Ik voer mijn missie zo goed mogelijk uit zoals een vrouw dat maar kan dromen in tijden van oorlog. Ik doe mijn plicht en we zien wel wat er gebeurt. Ik weet dat als ik gepakt wordt men me tegen de muur zal zetten. En daarna? Als ik tijdens mijn dienst zou omkomen, zal dat zijn als soldaat en mijn gedachten zullen bij de nationale driekleur zijn."]