在横滨工作两年后，下田歌子又将她推荐给中国人吴怀疚。吴怀疚刚刚在上海创立起一家务本女子学堂，远道而来的河原操子成为学堂里唯一的一名女教师。她在学堂里负责教习日语、算术、图画和唱歌等，因为课讲得非常精彩，很多学生的家长都被吸引过来，河原操子的名气渐渐传开。就在她致力于教育事业时，一个意外的转机出现在眼前，这还要从日军参谋本部的福岛安正说起。
福岛安正早在1900年就开始窥伺俄国。俄国外围的蒙古地区被分割成百多个旗，各旗都是世袭的郡王管辖。这些蒙古郡王们虽然表面上服从中国，但他们很多人都与俄国保持密切联系。如果日俄开战，其中定会有部分郡王投靠俄国。按照福岛安正的想法，他准备在这片与俄国接壤的广袤土地上设立据点，派驻间谍，这样既可以笼络当地郡王，也可以监视俄国动向。经过良久揣摩，他决定把突破口定在喀喇沁王贡桑诺尔布身上。
喀喇沁王的王妃是清朝肃亲王的妹妹，而肃亲王与日本人川岛浪速又结拜金兰，关系极好。福岛安正很清楚其中的裙带关系，所以在1902年喀喇沁王出访日本时，他特意给对方留下了极好印象，过后不久，又派川岛浪速委托肃亲王通过王妃说服了喀喇沁王，令其决定在王府内开设一处女子学堂，并打算聘请一名日本女教师前去任教。
福岛安正的计划正一步步推进。在这种情况下，他请下田歌子帮着物色人选，下田歌子自然而然地再次推荐了河原操子。1903年11月，福岛安正命令日本驻北京公使内田康哉和武官青木宣纯邀请远在上海的河原操子。经过一番细致考察，刚刚在上海教育界崭露头角的女老师被正式委任为日本情报人员，接受了这项在异国土地上的危险任务。
那时候，北京到喀喇沁旗交通不通，旅程非常遥远。12月13日，河原操子乘坐着喀喇沁王派来的驮轿，足足经过了九天才到达目的地。喀喇沁旗虽然称得上是战略要地，但日本人此前从未有过涉足，所以河原操子的到来，可以说是消除了日本情报网里的一个盲点。
平安到达王府后，喀喇沁王改修“燕贻堂”为校址，在12月28日正式召开了隆重的开学典礼，王府上下官员和地方绅士二百多人都前来参加。这次典礼上，喀喇沁王亲自撰写了“毓正女学堂”的名字，宣布校务由福晋善坤主持，河原操子为总教习，负责教授日语、算术、手工、图画、音乐、体育等课程，另外，还聘请了巴图敖其尔为蒙汉文总教习，喀喇沁中旗宁姓女子为蒙文教员，北京一位张夫人为汉文教员。
蒙古族第一所女子学堂毓正女学堂就这样成立了。开学伊始，河原操子并不乐观，因为第一期学员很少，只有24名，而且都是王府里的女孩。不过，这个日本来的女教师确实有一套，除教给24名学生分内的课程外，她还联合其他教员一起教授博物、生理、卫生、修身、裁缝、家政等，甚至还现场演示一些编织技术、药物知识，举办同窗会、游园会等，闲暇时就给周围的蒙古人提供治疗服务。很快，她就在喀喇沁旗博出了个好名声，学堂也渐渐红火起来，到了当年春节时，学员猛地增至60名，最多时超过了80名。河原操子的教学工作开展得相当成功。
河原操子从踏上蒙古的第一天起，从未敢掉以轻心，教学的同时，她始终在密切关注着喀喇沁王与俄国之间的举动。喀喇沁王以前因为地域关系与俄国人接触得较多，而与日本少有交集，直到娶了肃亲王的妹妹后，才开始对日本渐生好感。现在河原操子到来后，以她独有的教学能力和亲和力让喀喇沁王日益疏远俄国，转而亲近日本。河原操子也借着熟悉周围环境的机会，经常暗地观察俄国边境的驻兵情况。
她与日本参谋本部的联系也非常隐蔽。参谋本部一旦有秘密指令，会先送到北京公使馆，青木宣纯接到后，马上启用青木机关专门负责此线的间谍，当时这个间谍是潜伏在赤峰的一个张姓中国人，他将密信标注“沈”字后，由伪装成朝廷使者的人骑快马送给河原操子。同样，河原操子若有急件需送，就会请喀喇沁王的王妃派出特使送到热河，再通过那位张姓间谍用密码电报传回北京公使馆。不便使用电报的就以喀喇沁王府公务的名义，派专使直接送回北京公使馆，再由青木宣纯上报给日本参谋本部。喀喇沁王的一举一动就这样落入了日本人的监控之下。
一个内应一个外助，青木宣纯与河原操子在日俄战场的边缘阵线上频频出没，传递秘密军情，屡次协助日军从海陆两方面重创俄军，如果再加上当时在俄国内部多次策划暴乱行动的明石元二郎，则能明显看出：日本实施起间谍战来，确实要比俄国技高一筹。
