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 이희영도 얼마 후에 서울지구방첩대(506방첩대) 대장이 되어 서울로 올라왔다. 이때는 이미 ‘박정희 쿠데타설’은 군 내에서 공공연한 비밀이었다.
 당시 군부 내에서는 박정희 쿠데타설 말고도, 족청계(族靑系) 쿠데타설도 돌고 있었다. 이범석 초대 국무총리 겸 국방부 장관이 만든 조선민족청년단 계열의 장성들이 쿠데타를 모의하고 있다는 소문이었다. 족청계 쿠데타설에서 주모자로 거론된 사람은 박병권 중장(국방부 장관 역임)이었다. 족청계 쿠데타설은 박정희 측에서 흘린 역정보(逆情報)였다. 하지만 정보기관으로서는 신경을 쓰지 않을 수 없는 일이었다. 4월 21일자 미 CIA 정보 보고에서도 “2군 부사령관인 박정희 소장은 현 시점에서 한국 정부를 전복시키려는 두 건의 쿠데타 중 하나의 주동자이며, 다른 하나는 이범석이 주도하고 있다”고 기록하고 있다. 이희영 대령도 서울로 올라오자마자 박정희 장군과 박병권 장군이 비밀리에 만났다는 정보를 듣고 이를 확인하느라 한동안 바쁘게 보냈다.
 이희영 대령은 쿠데타 세력 내에 프락치를 침투시켰다. 그는 김종필 등 육사 8기생들이 서울 무교동의 한 호텔에서 만난다는 사실을 제보했다. 방첩부대는 그 방에 도청장치를 설치했다. 이 대령이 직접 리시버를 끼고 내용을 청취했다. 그 결과 박정희 장군이 1961년 4월 19일 거사를 할 것이라는 사실을 확인할 수 있었다. 박정희 장군은 4·19 1주년을 맞아 대학생들이 시위를 크게 벌여 사회가 혼란해지면 장면 정부가 계엄령을 선포할 것이고, 그렇게 되면 미리 포섭해 둔 수도권 육군 부대들을 계엄군으로 출동시켜 정권을 접수한다는 계획을 세워놓고 있었다. 이를 위해 유원식 대령, 박종규 소령 등으로 하여금 대학생 데모를 선동하는 공작까지 추진했다.

이희영 대령은 쿠데타 세력 내에 프락치를 침투시켰다. 방첩부대는 그 방에 도청장치를 설치했다. 그는 김종필 등 육사 8기생들이 서울 무교동의 한 호텔에서 만난다는 사실을 제보했다. 이 대령이 직접 리시버를 끼고 내용을 청취했다.