Katholische Verschwörungen und die spanische Armada
Diese geheimen Bemühungen würden direkt dazu führen, dass zwei ernstere Verschwörungen aufgedeckt werden, um Elizabeth abzusetzen und den Katholizismus in England wiederherzustellen. Ein Spion in der französischen Botschaft in London, der plausibel als Giordano Bruno (unter dem Pseudonym Henry Fagot) identifiziert wurde, ein verfallener Dominikanermönch, der später als freidenkender Philosoph der italienischen Renaissance bekannt wurde, machte Walsingham auf heimliche Korrespondenz aufmerksam Mary, die durch die Botschaft geführt wurde. Die Verschwörung wurde mit der Verhaftung des Hauptvermittlers Francis Throckmorton im November 1583 gebrochen. In seinem Besitz befanden sich belastende Dokumente, darunter eine Karte der Invasionshäfen und eine Liste katholischer Anhänger in England. Unter Folter enthüllte Throckmorton einen Plan für die Invasion englischer und französischer Truppen in England im Einklang mit einem Aufstand von Marys Anhängern. Der spanische Botschafter wurde ausgewiesen und die diplomatischen Kontakte mit Spanien abgebrochen.
Die zweite Verschwörung, die Babington-Verschwörung (benannt nach dem Verschwörer Anthony Babington), wurde im August 1586 mit Hilfe von Walsinghams Doppelagenten und Code-Experten aufgedeckt, die, ohne dass Marys Agenten es wussten, tatsächlich ihre Mittel zur Kommunikation mit Mary über verschlüsselte Briefe bereitstellten in ein Bierfass geschmuggelt. Die Briefe begründeten Marys Mitschuld an den Bemühungen, Elizabeth abzusetzen, was zu Marys Prozess, Verurteilung und Hinrichtung führte.
Walsinghams Geheimdienstarbeit würde sich auch als maßgeblich für den kommenden Krieg mit Spanien erweisen. Er half dabei, die Vorbereitungen für Sir Francis Drakes Überraschungsangriff auf den Hafen von Cádiz im April 1587 zu verschleiern, indem er dem englischen Botschafter in Paris, von dem Walsingham richtig vermutet hatte, dass er von den Spaniern bezahlt wurde, einen absichtlich falschen Bericht über Drakes Pläne übermittelte. Walsinghams zahlreiche Spione lieferten detaillierte Berichte über spanische Vorbereitungen für das Segeln der Armada gegen England im Juli 1588.
Walsingham war zweimal verheiratet (beide Male mit verwitweten Frauen): 1562 mit Anne Barnes Carleill (manchmal Carlyle geschrieben) und 1566 nach ihrem Tod mit Ursula St. Barbe Worseley. Seine Tochter Frances (1567–1632) heiratete nacheinander zwei einer der bekanntesten Figuren in Elizabeths innerem Kreis: der Dichter und Höfling Sir Philip Sidney (1583) und Robert Devereux, der 2. Earl of Essex (1590), ein Favorit von Elizabeth, der 1601 nach einem fehlgeschlagenen Putschversuch wegen Hochverrats hingerichtet wurde. (Ihr dritter Ehemann war Richard Burke, 4. Earl of Clanricarde.) Walsingham erhielt eine Reihe lukrativer Präferenzen und Güter aus der Krone, darunter das Herrenhaus von Barn Elms in der Nähe des Richmond Palace. Aber er starb anscheinend in beträchtlichen Schulden, teilweise weil er die Schulden von Sidneys Nachlass übernommen hatte.
