В 1931 году Ф.И. Голиков окончил экстерном военную школу и был переведен на командную работу. С ноября 1931 года – командир 95-го стрелкового полка 32 стрелковой дивизии Приволжского венного округа, г.Самара. С октября 1933 года – командир 61 стрелковой дивизии Приволжского военного округа. В 1933 году окончил Военную Академию им. М.В.Фрунзе (заочно). С сентября 1936 года – командир 8-ой отдельной механизированной бригады, с июля 1937 года – командир 45-го механизированного корпуса Киевского военного округа. В январе 1938 года назначен членом Военного совета Белорусского военного округа, г.Смоленск.

В сентябре 1938 года был освобожден от занимаемой должности и направлен в распоряжение Управления по комсоставу РККА. Уже была готова санкция на арест Голикова. Но Нарком обороны СССР К.Е. Ворошилов отказался подписать этот документ.

Голиков вновь был призван на военную службу.

В конце ноября 1938 года назначен командующим войсками Винницкой армейской группировки Киевского Особого военного округа.

После переформирования винницкой армейской группы в 6-ю армию (с 28 сентября 1939 г.) – командующий армией, в этом качестве участвовал в Польском походе РККА.

В июле 1940 года переведен на работу в центральный аппарат: Назначен начальником Разведывательного управления Генерального штаба РККА (с февраля 1942 года – Главное разведывательное управление – ГРУ), заместителем начальника Генерального штаба РККА.

Историки расходятся в оценке деятельности Разведупра и Голикова на посту его руководителя. Первоначально Голиков разделял точку зрения некоторых политических и военных руководителей СССР о том, что Германия начнет войну с СССР только после победы над Англией, что весной 1941 года война не начнется. Это факт значительно позже «сыграл на руку» официальным историкам периода хрущевской «оттепели». Уже к началу 60-х годов сформировалась официальная точка зрения о внезапности нападения Германии на СССР. Данная точка зрения нашла отражение в учебниках по истории военного искусства, в мемуарах, в работах советских и зарубежных историков, в которых звучали обвинения в адрес Разведупра и, в частности, Голикова в диффамации сведений.

Тем не менее, Разведывательное управление ГШ РККА своевременно и регулярно направляло данные о подготовке Германии к нападению на Советский Союз высшему руководству страны. С июля 1940 г. по июнь 1941г. военно-политическому руководству страны было направлено 95 (только рассекреченных) сообщений. В апреле-июне 1941 года в донесениях Голиков сообщал о растущих масштабах сосредоточения у западных границ СССР войск фашистской Германии, количестве стянутых к границе дивизий, их боевом составе. Указывались и возможные сроки нападения.  Ист.: Военно-исторический журнал. 2010г. №2 с.35.

С этой целью использовались присущие разведке того времени формы письменных докладов – шифрограммы, спецдонесения, доклады по отдельным вопросам, разведсводки. Ист.: В.Лота. Секретный фронт Генерального штаба. М., Молодая гвардия, 2005, С.73.

Например, 9 мая 1941 года Голиков докладывал наркому обороны СССР С.К.Тимошенко и начальнику Генерального штаба Г.К.Жукову материалы, подготовленные военным атташе СССР в Берлине генерал-майором В.И.Тупиковым. В этом докладе, который называется «О планах германского нападения на СССР», давалась объективная оценка группировки германских войск и указывались направления их ударов при нападении на Советский Союз. Ист.:  Они руководили ГРУ. (Хроники тайной войны). – М., Вече, 2010, с.190.

Но советское руководство пыталось избежать столкновения с фашистской Германией. Подтверждением тому служат слова И.Сталина, произнесенные во время встречи с У.Черчилем в августе 1942 года: «… Мне не нужно было никаких предупреждений. Я знал, что война начнется, но думал, что мне удастся выиграть еще полгода.». Ист.: В.Лота Секретный фронт Генерального штаба. С.66