Главными задачами разведки были предотвращение заговоров против Елизаветы и выявление планов испанского короля Филиппа II и его союзников, в том числе по подготовке и высадке десанта в Англии. Была и ещё одна косвенная, но важная задача — способствовать непрерывной войне против испанского судоходства. Ею занимались английские корсары, «королевские пираты», которые, с одной стороны, ослабляли Испанию, с другой — обогащали казну Елизаветы.

С этой целью Уолсингем завёл агентуру во всех портах, куда могли заходить испанские корабли. Об их маршрутах, грузах, времени выхода в море агенты своевременно информировали Уолсингема, а тот — «королевских пиратов».

Среди агентов Уолсингема были, конечно, не только бандиты и авантюристы, но и дворяне, монахи, адвокаты, студенты, купцы, священники. Кроме того, английская разведка уже в те далёкие времена широко использовала в качестве агентов писателей, драматургов, актёров, журналистов, так сказать, «творческую интеллигенцию».

Среди агентов Уолсингема были известные актёры и драматурги Энтони Мэнди, Мэтью Ройстон, Уильям Фаулер, Кристофер Марло. Они оказали ему немалую помощь. В частности, Энтони Мэнди, выдав себя за католика, проник в Английский колледж в Риме, который готовил агентов-миссионеров для засылки в Англию. Вернувшись на родину, он не только сообщил имена слушателей, но так же и участвовал в их розыске и поимке.

Впервые в истории разведки Уолсингем создал техническую службу. Её возглавил Томас Фелиппес, блестящий специалист в области дешифровки, а также вскрытии писем, подделке почерков и печатей. Эта служба создавала уникальные по тем временам устройства для подслушивания, имела специалистов по проделыванию в стенах незаметных отверстий, через которые велось подглядывание. Есть сведения, что некий венецианский монах продал Уолсингему сделанный им для этой же цели перископ, но неизвестно, использовался ли он. Существовала даже школа сотрудников наружного наблюдения, где их учили незаметно вести слежку, мгновенно изменять свой облик. Для дезинформации противника использовал даже астрологов.