По завершении командировки в 1936 году Отрощенко было предложено перейти на работу в центральный аппарат Иностранного отдела (ИНО) Главного управления государственной безопасности (ГУГБ) НКВД СССР, в сектор Ближнего и Среднего Востока. А уже в августе следующего года он вновь был направлен в Иран, на этот раз – в качестве руководителя тегеранской резидентуры внешней разведки. Вел активную разведывательную работу против Германии и Японии, которые в тот период представляли реальную опасность для нашей страны. В конце 1937 года резидент лично привлек к сотрудничеству с советской внешней разведкой служащего японского посольства в Тегеране, отвечавшего за обработку дипломатической почты этого представительства. В результате резидентура получила доступ к секретной переписке Министерства иностранных дел Японии. Поступавшая по этому каналу политическая информация неоднократно докладывалась руководству СССР и получала самую высокую оценку. В этот же период Отрощенко завербовал ряд ценных источников, освещавших подрывную деятельность нацистских спецслужб против СССР с территории Ирана.
В середине 1939 года Андрей Макарович по клеветническому оговору был срочно отозван в Москву и арестован. Некоторое время он находился под следствием, подвергаясь интенсивным допросам. Через восемь месяцев пребывания в следственном изоляторе Отрощенко был освобожден из-под стражи и направлен на работу в управление НКВД по Одесской области. Являлся руководителем контрразведывательного отдела областного управления.
С началом Великой Отечественной войны Отрощенко принимал непосредственное участие в обороне Одессы. В ночь на 16 октября 1941 года советские кадровые части покинули Одессу. Они погрузились на корабли и вышли в море. Отрощенко оставил город с последним катером. За участие в боевых операциях под Одессой он был награжден орденами Красного Знамени и Красной Звезды, а также медалью «За оборону Одессы».
В конце 1941 года Отрощенко был возвращен на работу в разведку в качестве начальника одного из ведущих отделов ее центрального аппарата. Отдел занимался организацией разведывательной работы в странах Азии, в частности в Иране, где большую опасность представляла активность гитлеровской агентуры.
В 1943 году в связи с подготовкой Тегеранской конференции руководителей союзнических держав – членов антигитлеровской коалиции, Отрощенко был направлен в иранскую столицу в составе специальной оперативной группы по обеспечению безопасности лидеров «Большой тройки». В связи с полученными по агентурным каналам сведениями об операции гитлеровских спецслужб «Большой прыжок», которой руководил главный нацистский террорист Отто Скорцени и которая предусматривала физическое устранение руководителей делегаций стран-участниц, специальная группа предприняла необходимые меры по нейтрализации деятельности абвера в Тегеране.
Во время этой командировки Отрощенко также провел проверочное мероприятие в отношении одного из источников тегеранской резидентуры, которое показало, что источник работал под контролем британских спецслужб против советских представителей в этой стране.
В сентябре 1945 года лондонская резидентура передала в Центр информацию, полученную от члена «Кембриджской пятерки» Кима Филби, согласно которой советский вице-консул в Стамбуле К. Волков обратился в английское консульство с просьбой предоставить ему политическое убежище. При этом он рассказал, что является кадровым сотрудником советской внешней разведки, и выразил готовность передать англичанам важную секретную информацию.
Перед советской внешней разведкой встала ответственная задача по выводу предателя на территорию СССР. Для выполнения ее в Турцию под видом дипкурьера был направлен Отрощенко.
По прибытии в Стамбул разведчик выяснил, что Волков заболел и находится на лечении в больнице французского консульства. Это могло осложнить выполнение стоящей перед Отрощенко задачи, так как предатель, заподозрив что-то неладное, мог бы обратиться за помощью к французам или англичанам. Отрощенко установил доверительные отношения с советским врачом, прибывшим с ним в Стамбул. Врач убедил Волкова в том, что он нуждается в срочном лечении в СССР. После некоторого колебания предатель, которому, естественно, не было известно об информации Кима Филби, дал согласие на выезд из Турции в Союз.
Направленная к Волкову в Стамбул из Лондона на переговоры специальная группа английских разведчиков опоздала буквально на сутки. Задача по выводу предателя на территорию СССР была успешно решена.
В послевоенный период, с 1947 по 1952 год, Отрощенко работал начальником управления в Комитете информации при Совете Министров, а затем – при МИД СССР, объединявшем в то время политическую и военную разведки. В 1947 году ему было присвоено звание полковника. В начале 1952 года Отрощенко был назначен начальником одного из подразделений Первого главного управления (внешней разведки) МГБ СССР. С ноября 1952 по февраль 1953 года – заместитель Уполномоченного МГБ СССР в Германии.
