Katolická spiknutí a španělská armáda
Tato tajná snaha by vedla přímo k odhalení dvou vážnějších spiknutí o svržení Alžběty a obnovení katolicismu v Anglii. Špion na francouzském velvyslanectví v Londýně - který byl věrohodně identifikován jako Giordano Bruno (psaní pod pseudonymem Henry Fagot), zaniklý dominikánský mnich, který by později dosáhl renomé jako svobodný filosof italské renesance - upozornil Walsinghama na tajnou korespondenci s Mary, která byla vedena ambasádou. Spiknutí bylo přerušeno zatčením hlavního spojence Františka Throckmortona v listopadu 1583. V jeho držení byly obviňující dokumenty, včetně mapy invazních přístavů a seznamu katolických příznivců v Anglii. Pod mučením odhalil Throckmorton plán invaze do Anglie španělskými a francouzskými jednotkami ve shodě s vzestupem Maryových stoupenců. Španělský velvyslanec byl vyloučen a diplomatické kontakty se Španělskem byly přerušeny.
Druhé spiknutí, Babingtonův spiknutí (pojmenované pro spiklence Anthony Babington), bylo vystaveno v srpnu 1586 za pomoci Walsinghamových agentů a kódových expertů, kteří, bez vědomí Marylových agentů, skutečně dodávali své prostředky pro komunikaci s Mary pomocí kódovaných dopisů pašovalo uvnitř sudu na pivo. Dopisy prokázaly Mariinu spoluvinu ve snaze svrhnout Alžbetu, což vedlo k Marylově soudu, přesvědčení a popravě.
Walsinghamova zpravodajská práce by se také ukázala být nápomocná v nadcházející válce se Španělskem. Pomáhal maskovat přípravy na překvapivý útok Sira Francisca Drakea na přístav Cádiz v dubnu 1587 tím, že podal úmyslně falešnou zprávu o Drakeových plánech anglickému velvyslanci v Paříži, který Walsingham správně usoudil, že je ve výplatě španělštiny. Walsinghamovy četné vyzvědače poskytly podrobné zprávy o španělských přípravách na plavbu Armady proti Anglii v červenci 1588.
Walsingham se oženil dvakrát (občas s ovdovělými ženami): s Annou Barnes Carleill (někdy hláskovanou Carlyle) v roce 1562 a po její smrti s Ursula St. Barbe Worseley v roce 1566. Jeho dcera Frances (1567–1632) se vdala za sebou dvě z nejvýznamnějších osobností Alžbětinho vnitřního kruhu: básník a dvorní sir Philip Sidney (1583) a Robert Devereux, 2. hrabě z Essexu (1590), oblíbený Elizabeth, který byl po zrádném pokusu o převrat popraven v roce 1601. (Její třetí manžel byl Richard Burke, 4. hrabě z Clanricarde.) Walsinghamovi bylo uděleno několik lukrativních preferencí a majetků z koruny, včetně panství Barn Elms, poblíž Richmondského paláce. Zjevně však zemřel ve značném dluhu, částečně proto, že převzal dluhy ze Sidneyho panství.
