После войны Клинберг вернулся в Польшу, но всегда чувствовал себя в долгу перед Советским Союзом за то, что эта страна спасла ему жизнь, дала убежище, возможность учиться и воевать с нацизмом. Клинбергу были близки идеи социализма. Из Польши Маркус вместе с женой Вандой (они поженились в 1945 году) перебрались в Швецию, а оттуда — в Израиль.
За несколько лет службы в медицинских частях израильской армии Клинберг дослужился до звания подполковника. Затем получил работу в Институте биологии. Считался эпидемиологом международного класса. С середины 60-х годов Общая служба безопасности (ШАБАК) стала подозревать Клинберга в шпионаже. Два раза он проходил серьезнейшие проверки, в том числе на детекторе лжи, но вышел абсолютно «чистым», с улыбкой на лице.
В 1982 году специально сформированная группа сотрудников израильской внешней разведки («Моссад») и ШАБАКа задержала Клинберга и начала его допрашивать по 18 часов в день. За пять дней Маркус не проронил ни слова. На шестой «сломался» и признался во всем. Через несколько дней во время свидания с мужем Ванда сунула ему в руку горсть таблеток «комадина» (препарат, разжижающий кровь). Маркус проглотил их и через несколько минут в тяжелом состоянии был доставлен в больницу. Ванда перерезала себе вены. Их обоих спасли.
Суд признал Клинберга виновным в шпионаже в пользу СССР и приговорил к 20 годам заключения. Десять из них Маркус провел в одиночной камере.