Về nguyên tắc hoạt động, các cụm tình báo phải rất tách biệt nhau, tránh tiếp xúc và các điệp viên không thể biết thủ trưởng các cụm tình báo khác cụm mình đang hoạt động. Tuy nhiên, Nguyễn Văn Thương lại khác. Ông được cấp trên tin cẩn đưa đi nhiều cụm tình báo và đến năm 1967 về làm Trưởng mũi giao thông Cụm tình báo A36. Nhiệm vụ chủ yếu là vận chuyển về căn cứ Trung ương Cục miền nam (R) các thông tin do ông Ba Quốc (Anh hùng LLVTND Đặng Trần Đức) lấy được. Ông Ba Quốc đã nhập vai sĩ quan CIA cao cấp suốt 24 năm và nếu Nguyễn Văn Thương khai (khi bị bắt và bị cưa chân), gây tổn thất rất lớn cho cách mạng, ấy là chưa kể đến các đồng chí khác như Vũ Ngọc Nhạ, Phạm Xuân Ẩn, Nguyễn Văn Tàu... cũng có thể sẽ bị lộ vì Thương có mặt ở rất nhiều cụm tình báo chiến lược khác nhau.
Nguyễn Văn Thương kể: "Ở Cụm A36, ngoài anh Ba Hội làm cụm trưởng, còn có anh Bảy Anh làm cụm phó kiêm bí thư chi bộ. Căn cứ chúng tôi đóng trong một địa đạo phía nam Bến Cát (tỉnh Bình Dương hiện nay) ven sông Sài Gòn, đối diện căn cứ địa đạo Củ Chi (TP Hồ Chí Minh hiện nay). Mỹ mới tung 35 nghìn quân, 700 xe tăng, xe ủi đất và hàng trăm lượt máy bay bỏ bom, hàng nghìn lượt pháo nhằm xóa trắng căn cứ nam Bến Cát trong trận càn Xê-đaphôn. Lúc đó anh Ba Hội đang ở Sài Gòn, anh Bảy Anh không có mặt nên tất cả nhiệm vụ tại mặt trận, tôi phải gánh. Thêm nữa ngoài chuyện bảo vệ cơ quan tình báo của mình, tôi còn được lệnh phải báo cáo tình hình từng ngày và bảo vệ luôn các cơ quan quan trọng của Đảng trong khu vực".
Những ngày đầu của trận càn Xê-đa-phôn, hầu như tất thảy mọi người trong hầm đều bị chảy máu lỗ tai do sức ép của bom. Khi cây rừng (bị bom đánh gãy) bắt đầu héo úa, máy bay trực thăng bắt đầu được huy động tưới xăng rồi đến phản lực thả bom na-pan đốt cháy tất cả những gì hiện hữu. Nguyễn Văn Thương kể: "Nằm dưới hầm mà nóng đến độ phồng da, nước tiểu cũng không còn để uống, đói vàng mắt nhưng hầu như không ai có thể chui lên mặt đất. Chỉ đến khi chúng tôi tiếp tục khoét sâu hơn nữa vào lòng đất, chui xuống thì mới không bị chết cháy. Đến ngày thứ 16 của trận càn, Mỹ bắt đầu hút nước từ sông Sài Gòn lên bơm vào địa đạo. Tôi báo cáo anh Bảy Anh thì được chỉ đạo chia khúc địa đạo, lấp kín hết các ngách và tập trung vào ngăn giữa, nơi mà cả hai đầu đều được chúng tôi bịt kín. Nhờ vậy mà thoát chết. Rồi khi giặc thả khí độc vào địa đạo, tất thảy mọi người đều im lặng đắp khăn ướt, úp mặt xuống đất nên tuy có bị chảy máu mũi nhưng cũng không ai bị hy sinh. Cũng may là có một luồng gió thổi vào lỗ thông hơi nên khí độc mau tản ra".
Rồi Thương cùng đồng đội trong cơ quan tình báo bắt đầu đi thu gom bom chưa nổ để lấy thuốc về chế mìn tự tạo. Họ dùng thùng gánh nước cắt đôi, lèn thuốc vào, cột thêm sáu trái mìn định hướng ĐH10. Đêm ấy, Thương trèo lên ngọn cây, cột mìn lên theo hướng cho nổ hắt lên cao... Chiều hôm sau, một chiếc trực thăng chở đồ tiếp tế thả xuống đất, quả mìn nổ tung máy bay và làm chết nhiều lính Mỹ đang nhặt đồ hộp phía dưới. Còn các quả mìn khác, đồng đội của Thương gài năm quả, nổ hết bốn làm cháy bốn xe tăng, riêng các loại mìn tự tạo cũng tiêu diệt thêm 12 xe ủi đất và xe bọc thép của giặc. Ông nhớ lại: "Trận đánh đáng nhớ nhất là tiêu diệt toàn bộ một trung đội Mỹ đang tập kết chuẩn bị xăm hầm. Đêm đó, tôi và hai đồng chí tình báo khác cởi trần, mình trét bùn sình y như đặc công thứ thiệt bò tiếp cận trung đội Mỹ đang ăn uống. Chúng tôi cài ba trái mìn ĐH10 ở ba phía rồi bò lui ra. Tôi bắn thẳng một phát B40 vào đội hình địch, đồng đội tôi chập điện cho nổ liên tiếp mìn định hướng làm toàn bộ lính Mỹ nằm rạp chết hết. Tôi bồi thêm một phát B40 nữa rồi mới cùng đồng đội thu gom vũ khí, lương thực của chúng, chui xuống đất an toàn".
Dù bảo toàn lực lượng, nhưng đồng bào trong vùng bị càn cũng chết rất nhiều vì bom đạn. Cụm tình báo A36 đêm đêm lại bò lên mặt đất, thu gom xác người, rồi chôn cất cẩn thận. Về phía A36 cũng hy sinh hai tình báo viên khi các anh phục kích bắn máy bay lên thẳng. Ấy là vào một buổi chiều khi ba máy bay phun nước cho đám lính Mỹ tắm phía dưới, hai đồng đội của Thương nổ súng liên hồi làm rơi máy bay, và phía dưới đống sắt vụn do máy bay rơi là gần chục xác lính Mỹ bị đè bẹp. Bọn lính sống sót phía dưới đất bắn trả bằng đại liên làm nát cơ thể hai tình báo viên tên là Thơm và Mới.
Đến ngày thứ 26 của trận càn thì Thương được lệnh quay về ấp chiến lược. Cấp trên lệnh: "Nguyễn Văn Thương chỉ huy đưa hết toàn bộ lực lượng cách mạng trong vùng bị càn ở nam Bến Cát, vượt sông về vùng giải phóng ở phía bắc Củ Chi để tránh tổn thất"... Công việc dọn đường, tạo ám hiệu, bố trí bến đón, dự trù thực phẩm, trinh sát để đưa 175 cán bộ của Đảng vượt sông Sài Gòn chiếm mất một tuần của Cụm tình báo A36. Đúng giờ G, chiếc thuyền đầu tiên rời bờ sau khi ca-nô của địch vừa chạy qua, trên thuyền treo đầy lục bình và người chèo thả nhẹ theo con nước để sang vùng giải phóng. Cứ 6 - 7 lượt liên tục như vậy, Thương luôn có mặt trên từng chuyến qua - lại để chở hết 175 cán bộ sang sông một cách êm thấm. Xong việc, anh cười: "Giờ thì tụi Mỹ có càn tới ba năm cũng chỉ là cày xới đất cho chúng ta trồng khoai mì (sắn)".
Qua trận càn, cấp trên tổng kết lại thấy A36 đã tiêu diệt 12 xe tăng, năm máy bay lên thẳng cùng với thành tích đưa 175 cán bộ quan trọng của ta rút lui an toàn, cho nên trong đợt xét phong tặng danh hiệu Anh hùng LLVTND năm ấy đã đề nghị đưa Nguyễn Văn Thương vào xem xét. (Ngay cả ông Ba Quốc - sau giải phóng - còn khen Thương: "Tao ở trong nội thành mà cũng được chia thành tích với A36. Lúc đó xót xa quá không biết anh em ở nam Bến Cát có "trụ" nổi không, nói chi đến việc chống càn và đưa cán bộ về vùng giải phóng an toàn..."). Cụm trưởng A36 là ông Ba Hội cùng các anh em sát cánh cùng Thương ở nam Bến Cát đều nhất trí cao. Ấy vậy mà khi đưa ra chi bộ để bình xét, Bí thư Chi bộ A36 là ông Bảy Anh phê: "Đồng chí Thương đã không bảo toàn được lực lượng trong đơn vị, để hai đồng chí là Thơm, Mới phải hy sinh. Vậy là chưa hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ nên chưa thể phong Anh hùng". Thấy chuyện vô lý và xuất phát từ tính bộc trực, Thương lớn tiếng: "Trong chiến đấu làm sao tránh khỏi hy sinh mất mát. Nhiệm vụ chỉ huy ở mặt trận là của đồng chí Bảy Anh cụm phó, nhưng khi ấy đồng chí lại ở biệt bên trong địa đạo Củ Chi. Chiến sự ác liệt như thế mà đồng chí không sang sông đến cùng đơn vị, giao phó hết cho tôi. Tôi phải lăn lộn tìm đường cứu nguy cho 175 cán bộ. Đồng chí Bảy Anh là đại úy, tôi chỉ là trung sĩ, đồng chí Bảy Anh không nên phê phán vô lý như vậy!". Ông Bảy Anh đề nghị chi bộ bỏ phiếu kín. Hôm ấy, chi bộ A36 có sáu người, trừ Thương ra còn năm thì có bốn phiếu ủng hộ Thương, một phiếu chống. Vài ngày sau, cấp trên nhận điện từ Chi bộ A36: "Đề nghị bồi dưỡng lại, để lần sau cho xứng đáng. Có công lao nhưng tính thanh niên nóng nảy, còn phải xem xét lại".
Kể lại câu chuyện cách đây đã gần nửa thế kỷ, Nguyễn Văn Thương cười: "Tính thanh niên nóng quá hư chuyện, song tôi không buồn đồng chí bí thư. Có người chửi tôi lúc đó ngu, cứ làm thinh cho xong chuyện... nhưng sau đó vài tuần, tôi quên ngay câu chuyện và lại cùng đồng chí Bảy Anh hoàn thành các nhiệm vụ khác". Tình báo là một công tác thầm lặng, bên cạnh nhiều đơn vị, cá nhân đã được vinh danh, khen thưởng xứng đáng... thì vẫn có những hy sinh âm thầm và cả những day dứt, thậm chí bi kịch riêng không thể chia sẻ... Vẫn còn những bí mật mà tôi mãi mãi mang theo trong trái tim mình!".
Ngày 10-2-1969, Nguyễn Văn Thương bị bắt khi chiến đấu đến viên đạn cuối cùng, kịp giấu tài liệu và hạ 20 lính Mỹ. CIA quyết tâm khai thác ông bằng mọi cách, kể cả dùng tiền, gái đẹp, chức vụ... Không khuất phục được Thương, bọn chúng ra lệnh cưa chân ông trong sáu lần làm cả hai chân của người tình báo cụt gần đến háng. Ngày 14-2-1973, giặc mới trao trả tù binh, Nguyễn Văn Thương được đưa đi an dưỡng ở miền bắc XHCN, được phong tặng danh hiệu Anh hùng LLVTND khi mới ở cấp bậc Chuẩn úy.