GUGB) przy Ludowym Komisariacie Spraw Wewnętrznych (NKWD), do 22 grudnia 1938 roku. (Po nadaniu pionom GZBP numeracji, Tajny Wydział Polityczny stał się Wydziałem 2). W 1939 w Głównym Zarządzie Ekonomicznym, następnie przeniesiony do kontrwywiadu, gdzie pełnił funkcję pierwszego zastępcy szefa Wydziału 3 Głównego Zarządu Bezpieczeństwa Państwowego. W lipcu 1939 na polecenie Stalina i Berii wraz z innymi funkcjonariuszami NKWD zamordował ambasadora ZSRR w Chinach, Iwana Bowkun-Ługańca i jego żonę. Po reorganizacji organów bezpieczeństwa i wywiadu w lutym 1941 roku, czego wynikiem było utworzenie odrębnego pionu o nazwie Ludowy Komisariat Bezpieczeństwa Państwowego (ros. NKGB), Włodzimirski został szefem Służby Śledczej LKBP, później do maja 1946 roku pracował w jednym z Zarządów LKBP (od 1946 roku Ministerstwa Bezpieczeństwa Państwowego ZSRR).
Od sierpnia do połowy listopada 1946 roku był szefem Zarządu, następnie do marca 1953 roku pełnił obowiązki szefa Głównego Zarządu Kadr przy SM ZSRR. Ostatnim jego stanowiskiem w MBP była funkcja szefa Służby Śledczej przy jednym z zarządów.
Po aresztowaniu Ławrientija Berii, Włodzimirski został zwolniony z Ministerstwa Bezpieczeństwa Państwowego 17 lipca 1953 roku. Tego samego dnia został aresztowany.