1931年6月1日，共产国际的信使约瑟夫在新加坡被英国警察逮捕。审问结果，发现约瑟夫向马来亚共产党人转递的经费来自上海，其携带的文件中还有一个上海的电报挂号和邮政信箱。租界警务处也迅速查实了两处可疑地点：一处为上海四川路235号4室，房主是Noulens Ruegg（诺伦斯•鲁格），中文名牛兰；其妻Gertrude Ruegg（格特鲁德•鲁格）中文名汪得利昂，被称为牛兰夫人；夫妻俩持比利时和瑞士护照。另一处为南京路49号30室，泛太平洋产业同盟驻上海办事处，负责人也是牛兰。6月15日，牛兰夫妇被上海公共租界警务处逮捕。此即著名的牛兰夫妇被捕案。
1931年8月14日，如获至宝的国民政府派出大批荷枪实弹的宪兵将牛兰一家从上海押解南京，关押在南京老虎桥“第一模范监狱”。 此案在上海滩引起轰动，牛兰夫妇押赴南京当天，《申报》在版面的头条位置以醒目大标题进行了报道。1931年8月20日，宋庆龄和爱因斯坦、蔡特金、史沫特莱等国际知名人士发起成立了设在欧洲的“国际营救牛兰委员会”。宋庆龄亲赴南京，数次到监狱探望牛兰夫妇，书面担保牛兰夫妇保外就医，并帮助妥善安置他们的儿子吉米，还就营救牛兰夫妇一事亲自与蒋介石谈判。有报道说，宋庆龄曾提出以留苏的蒋介石之子蒋经国换回牛兰夫妇，但遭到蒋介石的拒绝。
今天回顾这桩当年轰动整个东方的要案，应该叹服共产国际秘密工作者的素质和纪律。上海租界当局从多方入手，却无法查实牛兰夫妇的真实身份。最后他们企图从牛兰一家人所操的语言上打开缺口，以证实嫌疑犯确实来自苏联，结果发现即使牛兰夫妇当时年仅4岁的儿子吉米，也只会说德语。几十年时间过去，不要说国民党政府的没有搞清楚，就是中国共产党人，也一直不知道他们二人的真实姓名和经历。一直到20世纪末苏联解体后，大量秘密档案被公布，牛兰夫妇的儿子、年近70岁的吉米老人，才第一次将其父母的真实情况披露给世人。
牛兰的真实姓名是雅可夫•马特耶维奇•鲁德尼克，1894年出生于乌克兰一个工人家庭，10岁失去父母，1914年毕业于基辅一所商业学校，第一次世界大战中因作战勇敢进入圣彼得堡军事学校学习，1917年2月在推翻沙皇统治的斗争中开始革命生涯，成为布尔什维克的一员，担任“芬兰团”政治委员，十月革命时率队攻打冬宫。1918年被选入捷尔任斯基领导的肃反委员会“契卡”，到欧洲数国执行任务，在法国被捕，被判处两年徒刑。1924年刑满返回苏联，调入共产国际联络部担任与奥地利、意大利、德国等国共产党联络的秘密信使。1927年11月到上海，1929年开始全面负责中国联络站的工作。牛兰夫人的真实姓名是达吉亚娜•尼克莱维娅•玛依仙柯，1891年出生于圣彼得堡一个显赫的贵族世家。自幼受到良好的文化熏陶，就读于当地的一所贵族学校，后来从事教师职业，专业是数理逻辑。其爱好广泛，对语言的悟性极高，精通法语、德语、英语、意大利语，还研究过格鲁吉亚语和土耳其语；1917年十月革命中加入布尔什维克，受共产国际委派，先后到土耳其、意大利、奥地利等国工作，1925年在维也纳与牛兰相识相恋，1930年初带着儿子来到上海，协助丈夫工作。
这是一对经验丰富的革命者。牛兰夫妇负责的这个联络站，实际是共产国际在远东的信息流、人员流和资金流的转换枢纽。正因关系重大，所以负责此事的人经验必须十分丰富，行为必须分外谨慎。牛兰夫妇完全符合这一条件。他们二人都在多个国家工作过，在上海他们持有多国护照，使用数个化名，登记了八个信箱、七个电报号，租用十处住所、两个办公室和一家店铺，并频繁更换联络地点，同时尽量避免与中国共产党的地下工作者直接接触。
牛兰到上海最初一年多时间，不是到中国其他城市旅行，就是往来于上海和欧洲疏通贸易渠道。后来夫妇二人搞了三家贸易公司，在上海商圈里口碑颇佳。如果不是远在天边的那个信使约瑟夫在新加坡被捕，如果不是约瑟夫违反规定在文件中存下上海的电报挂号和邮政信箱，牛兰夫妇在上海不会暴露。
本来仍然有余地。虽然牛兰夫妇的通信密码和资金帐簿被缴获，但由于身份无法查实，租界当局几乎无可奈何。上海公共租界警务处官员私下说：这个案子很棘手，若查无实据，也只好放人。
此时中国共产党方面却出了大问题：中共中央特委负责人之一顾顺章被捕叛变。顾顺章，江苏宝山县人，原为上海南洋兄弟烟草公司工人，大革命时期任上海工人武装起义工人纠察队副总指挥，后选为中央委员。1928年11月，中共中央决定成立中央特别任务委员会，特委三名领导人，一是总书记向忠发，二是当时中共中央的实际负责人周恩来，第三便是顾顺章。顾顺章对中共中央的所有秘密，几乎无所不知、无所不晓；1931年被捕后，他转瞬就投降了国民党，致使中共地下党组织遭受巨大的破坏，多名中共地下党员遇害，被称为“中共历史上最危险的叛徒”。但他也没落得什么好下场。1935年，国民政府以秘密联络共产党的罪名将他处死。
顾顺章的叛变导致中共中央大转移，直接促使周恩来于1931年12月上旬前往中央苏区。（幸亏打入敌人内部的钱壮飞在顾叛变的第二天便获此情报，并报告了周恩来。据说国民党“中统”负责人陈立夫当时仰天长叹：活捉周恩来只差了5分钟。周恩来则在以后多次对人说过：要不是钱壮飞同志，我们这些人都会死在反动派的手里。）在周恩来领导下，虽然努力将顾顺章叛变的影响减到最低，但损失还是难以避免。最典型的就是恽代英。恽代英1930年4月在公共租界被捕。他当时机智地抓破脸皮，化名王某，在监狱中未暴露身份。周恩来营救工作颇为有效：江苏高等法院的法官被疏通了关节，准备将恽提前释放。周恩来已经派人到苏州去给将出狱的恽代英送路费了。恰在此关节顾顺章叛变，直接指认即将释放的苏州陆军监狱“王某”是中共重要领导人物恽代英，导致恽代英最终遇害。
顾顺章指认的另一对人物，即牛兰夫妇。
共产国际和联共中央被迫做出反应，开始组织营救牛兰夫妇。营救工作的具体组织，交给了苏联红军总参谋部远东情报局的上海工作站。苏军总参谋部上海工作站负责人，叫理查德•佐尔格。佐尔格电信莫斯科，要求立即派专人送两万美元到上海，用于打通关节，完成营救。苏军总参谋部为保险起见选用两人，每人各携带两万美元，分别走不同的路线。两人都不知道还有另外一人在完成与自己完全相同的使命。最后，两位都完成了这项任务。这两人都是具有十年以上党龄的德共党员，一个叫赫尔曼•西伯勒尔，另一个叫奥托•布劳恩。奥托•布劳恩就是那个后来被称为“共产国际派来的军事顾问”李德。
（牛兰夫妇被捕后不到一周，又有总书记向忠发被捕叛变。中央特委三位领导人竟然有两人被捕叛变。周恩来也只有被迫隐蔽，而另一位负责人王明也准备前往莫斯科。在离开前的上海中共中央会议上，王明提议由博古担任临时中央负责人。博古一句：好，我来就我来！事情就这么定了下来。这一年他24岁。两年后，博古与李德推行“左”倾冒险主义的战略战术，反对游击战，是红军第五次反“围剿”失败的一大原因。）
从1931年9月开始，营救牛兰夫妇的活动逐渐发展成为一场世界性的运动。国际知名人士如高尔基、罗曼.罗兰、鲁迅等也加入救援发宣言、提抗议。国际媒体也纷纷转载，“牛兰事件”成为轰动一时的世界头条新闻，国际国内舆论和各界人士对于“牛兰事件”的关注持续了近两年的时间。这令国民党当局始料未及。
1932年5月，国民党当局不得不公开审理牛兰夫妇案。狱内牛兰夫妇绝食抗议，狱外各方面大张旗鼓声援营救。
1932年8月19日，国民政府以扰乱治安、触犯“危害民国紧急治罪法”的罪名，判处牛兰夫妇死刑，援引大赦条例，减判无期徒刑。至此，牛兰夫妇生命得以保全，营救行动告一段落。1937年8月27日，借中日之间战争的混乱、国民政府无暇顾及此案，牛兰夫妇逃出监狱并前往上海。
1939年，一封救援信辗转万里送到共产国际总书记季米特洛夫手中，牛兰夫妇才得以经新疆返回苏联。
