在與蘇聯的重大談判中獲勝

調入滿洲國外交部的3年時間，杉原一手掌管對蘇外交工作，主持開展了「轉讓北滿鐵路」的重大談判。沙皇俄國時代，俄國和中國在滿洲國這塊地方合作修建了一條呈「T」字形的幹線鐵路。T字形的橫向線路大部分是日本打贏日俄戰爭後獲得的南滿鐵路（即所謂的滿鐵）。另一條線路是北滿鐵路，過去一直由蘇聯和滿洲國共同經營，後來蘇聯提出要賣給日本或滿洲國。日滿之間協商後，決定由滿洲國出面談判收購，這就給杉原這個蘇聯通創造了施展拳腳的機會。

蘇聯開價6億2500萬日圓，相當於當時日本國家預算的1成多。對此，杉原指出，蘇聯的計算標準存在問題，而且蘇聯還從北滿鐵路開走了貨運列車，最終雙方敲定了1億4000萬日圓的成交價，大約相當於原報價的5分之1。杉原動用白俄羅斯人關係網在當地收集寶貴的情報，並將之用作一張王牌，打贏了和蘇聯之間的情報戰，這是只有情報官才能取得的成果。

3個月後的1935年7月，杉原從滿洲國外交部辭職，回國重新到日本外務省工作。針對他辭職的深層原因，白石先生認為包括以下兩點：①關東軍以一筆鉅款作為交換條件，強迫其成為替陸軍跑腿的情報員、②憲兵隊懷疑其通過俄國妻子向蘇聯洩露滿洲國的情報。杉原認為，自己從事的情報收集活動和軍部開展的「謀略」看似相同，實則不同。所以他根本無意為軍部效力。可以認為，屢建功勳的杉原之所以被疑為「雙重間諜」，陸軍的哈爾濱特務機關和同事的嫉妒也是一個因素。

在滿洲失意之余，杉原隻身回到日本，半年之後和俄國妻子協議離婚。據說他將多年積蓄全都留給了妻子及其家人，回到日本時幾乎身無分文。