Decyzją Sekretariatu Komitetu Centralnego (WKP(b) nr 71/598g z dnia 9 lipca 1937 roku został mianowany Sekretarzem poselstwa radzieckiego w Iranie. Przebywał tam w latach 1937–1939, podczas tego pobytu zwerbował do współpracy z wywiadem radzieckim przedstawiciela japońskiego poselstwa w Teheranie. Przekazywał on niejawne dokumenty japońskiego Ministerstwa Spraw Zagranicznych. Mimo sukcesów w Teheranie, Otroszczenko został odwołany z powrotem do Związku Radzieckiego. Po powrocie do Moskwy w styczniu 1939 roku został aresztowany przez kontrwywiad NKWD ZSRR i oskarżony o szpiegostwo na rzecz obcego wywiadu. Przez następne dziewięć i pół miesiąca był intensywnie przesłuchiwany przez organy kontrwywiadu NKWD, przeżył tylko dlatego, że nie przyznał się do winy. Po zakończeniu śledztwa przez NKWD wraca do pracy wywiadzie zagranicznym, gdzie pozostaje w rezerwie operacyjnej w 5 Wydziale Głównego Zarządu Bezpieczeństwa Państwowego do lipca 1940 roku. Przeniesiony do organów kontrwywiadu regionu Odeskiego na stanowiska m.in.