5 октября Советское руководство предложили финнам послать в Москву представителей для переговоров, в цели которых не было сомнений. На переговорах советская сторона потребовала сдачу в аренду порта Ханко в северо-западной части Финского залива, некоторые острова, расположенные перед южным побережьем Финляндии, а также предложила отодвинуть проходящую у самого Ленинграда финскую границу на Карельском перешейке и передать Советскому Союзу западную часть полуострова Рыбачий на побережье Северного Ледовитого океана. В качестве компенсации советское правительство предложило крупный, но не представляющей ценности участок территории на русско-финской восточной границе. Финская сторона согласилась на некоторые уступки, но советскую сторону это не удовлетворило. Особенно Советы настаивали на требовании в отношении Ханко, на которое финны не соглашались. Хотя Молотов в конце октября в одной из своих речей предупреждал финнов о тяжелых последствиях, они не соглашались. После безуспешных попыток прийти к соглашению переговоры 13 ноября закончились, не приведя ни к каким результатам. Советский Союз, несомненно, остался недоволен таким истоком. Финляндия начала мобилизацию и усилили свои на Карельском перешейке.

26 ноября советское правительство заявило, что якобы имел место артиллерийский обстрел советской стороны. Предложения финнов о совместном расследовании было отклонено. Через день было заявлено о расторжении пакта о ненападении с Финляндией. 30 ноября началась давно запланированная война.

Уже 30 ноября были совершены воздушные налеты на столицу Финляндии Хельсинки и ее аэродром, а также на Ханко и Лахти. Советские корабли в ряде мест обстреляли побережье Финляндии.

На следующий день образовалось правительство "Финляндской Демократической Республики". Ее возглавил коммунист Отто Куусинен. 2 декабря был подписан договор о дружбе и взаимопомощи между СССР и ФДР.

Вначале советское командование начало наступление с четырех направлений, используя сравнительно небольшие силы.

Наиболее сильная 7-я армия (шесть-восемь стрелковых дивизий, крупные танковые соединения и тяжелая артиллерия) наступала на линию Маннергейма - глубоко эшелонированную, хорошо оборудованную в инженерном отношении систему долговременных оборонительных сооружений и укреплений полевого типа на Карельском перешейке.

Чтобы поддержать наступление 7-й армии и позднее нанести удар во фланг и в тыл линии Маннергейма, менее крупная 8-я армия была развернута севернее Ладожского озера.

Приблизительно в середине восточной границы протяженностью около 1600 км, там, где находится наиболее узкая часть Финляндии, заключенная между восточной границей и Ботническим заливом, должна была нанести удар 9-я армия, чтобы продвинуться через Кемиярви и Суомуссалми на Торнио и Оулу у Ботнического залива и разрезать территорию Финляндии на две части.

14-я армия, сосредоточенная на Крайнем Севере, имела задачу захватить западную часть полуострова Рыбачий, занять Печенгу (Петсамо) и продвигаться на юго-запад.

Финны правильно определили эти уязвимые места в своей границе и соответственно расположили свои слабые силы. Они смогли отмобилизовать 300 тысяч человек. Из современного оружия финны имели не более 150 самолетов, несколько зенитных батарей и несколько танков.

Во главе вооруженных сил Финляндии стоял маршал Маннергейм, прослуживший несколько лет в царской российской армии.
Свои силы маршал расположил перед линией Маннергейма, проходящей в 30 км от границы. Эти силы, как и войска, выдвинутые в район севернее Ладожского озера, находились под командованием генерала Эквиста.

Значительно меньшие силы распологались в районах Кухмо и Салла против 9-й русской армии, а также на севере близ Петсамо.

Оснащение, вооружение и тактика финской армии были приспособлены к ведению боевых действий в условиях суровой зимы на местности с многочисленными озерами и большими лесными массивами. Сила обороны финнов заключалась в умелом использовании естественных препятствий. Этим объясняются удивительные успехи финской армии в первые месяцы войны.

Фронтальное наступление Красной Армии, предпринятое на Карельском перешейке сначала слишком слабыми силами, было остановлено ещё в предполье линии Маннергейма. Прошел весь декабрь, а части РККА не могли добиться успехов. Войска прочно застряли в обороне финнов. Даже на большой восточной границе значительных успехов не наблюдалось.

В январе 1940 года усиление красных частей еще не отразилось на ходе боев. Наоборот, повсюду Красная Армия несла значительные потери. Борьба на линии Маннергейма приобрела позиционный характер. Слабым утешением могло послужить взятие Печенга, но и там финские части продолжали упорно сопротивляться. В январе участились налеты на Хельсинки.

Таким образом, первые месяцы войны показали неумение советского командования вести боевые действия в суровых условиях. Финны же могли бы испытывать удовлетворение, если бы не заботы о будущем. Победа СССР было лишь вопросом времени, людские же ресурсы финнов были очень ограниченными. Боевые подразделения несли потери, а резервов не было. Большие надежды финское правительство возлагало на зарубежную помощь. Но Германия была связана пактом. Западные державы опасались осложнений с СССР, чтобы не сблизить Сталина с Гитлером. Два батальона шведских добровольцев, 500 самолетов, 100 зенитных и 75 противотанковых пушек - вот все, что получила Финляндия. Когда 3 декабря Финляндия обратилась к Лиги Наций с просьбой о помощи, Лига призвала СССР прекратить войну. Советский Союз заявил, что вовсе не ведет войны, а мирно живет с "Финской Демократической Республикой". СССР был только исключен из Лиги Наций.

В начале февраля стало сказываться превосходство русских. Была значительно увеличена 7 армия. 1 февраля она предприняла первую попытку осуществить прорыв, начав наступление после мощной артподготовки. Используя танки, русские непрерывными атаками в течение двух дней пытались прорвать финскую оборону. Наконец 5 и 7 февраля русским удалось в нескольких местах прорвать оборону. 11 февраля они развернули наступление по всему фронту и добились новых успехов. Мощь финской обороны была сломлена. Чтобы предотвратить прорыв, 13 февраля финны начали отводить войска правого фланга линии Меннергейма в район восточнее Выборга. Вследствие этого, устойчивость обороны, правый фланг которой упирался в сильно укрепленный полуостров Бьёркё, на юге была нарушена.

Попытки прорвать оборону севернее Ладожского озера не удалась. Две дивизии и одна танковая бригада понесли большие потери в районе Суомуссалми.

Однако это не изменило ситуацию на южном фланге. Русские умело использовали замерзшее море южнее Выборга, обошли город, окружили его и начали продвигаться вдоль побережья на запад. Война грозила стать маневренной; целью Красной Армии был захват столицы, и финны уже не могли противопоставить противнику значительные силы. Потери убитыми, ранеными составили свыше 20% от всей численности армии (300 тыс.).

7 марта Маннергейм выступил в финском военном совете за переговоры. Почву для переговоров уже зондировали и в Кремле. Сталин боялся усиления позиций западных держав, которые все же решил оказать помощь Финляндии. После того как 8 марта в Москву отправилась официальная делегация, и русские 11 марта захватили Выборг, 13 марта война закончилась.

В ходе переговоров СССР получил весь Карельский перешеек, включая Выборг. Дуга финской границы, выгибавшаяся севернее Ладожского озера на восток, была срезана. Финны должны были отдать Советскому Союзу Ханко на тридцать лет в аренду. В районе Печенги Финляндия могла иметь только ограниченное количество кораблей. Зато была сохранена независимость.

Военный престиж СССР упал, хотя поражение Финляндии было делом времени. Финская война показала явную неспособность командования вести маневренную войну в суровых условиях. Но при всем этом следует учесть, что Красная Армия взяла штурмом мощнейшую линию обороны (в Первую мировую войну немцы так и не смогли взять Верден). Несомненно, впоследствии это оказало значительное влияние и на решение Гитлера. Но фюрер и высшее командование Германии не обратило внимание на то, как упорно сражались советские части, стойко державшиеся даже в безнадежном положении и бывшие довольно сильным противником в обороне. Не обратили внимание на стойкость простого бойца.

В ходе военных действий финны потеряли 48243 солдат и офицеров. Красная Армия потеряла 126875 человека.