Еще в 36-м году по решению СНК СССР с Карельского перешейка было переселено все гражданское население, а территория передана для строительства полигонов и военных объектов. Одновременно предпринимались попытки дипломатического давления на финское правительство. Несмотря на то, что договор о ненападении в 1934 году был продлен до 45-го года, финнов приглашали в Москву для ведения переговоров. Большинство финских политиков были воспитаны в атмосфере победы в гражданкой войне с большевиками в 1918 году, поэтому финское правительство не пошло на уступки Сталину, когда тот потребовал разместить советские базы на территории Финляндии и уничтожить систему укрепрайонов на Карельском перешейке.
29 ноября 1939 года генерал Мерецков подписал план операции по разгрому сухопутных и морских сил финской армии, а 30 ноября войска Красной Армии, перешли границу.
Советские войска наступали танковыми колоннами, которые продвигались по узким специально перерытым финским дорогам, избегая заминированных лесов. Многие финские солдаты за всю жизнь не видели ни одного движущегося танка и не прошли так называемую «обкатку» этим видом боевой техники. Более того, передовые части только в самый последний момент получили по два 37-мм орудия на батальон. Но, положение спасли не пушки, а — «коктейли Молотова», которые изготовлялись на заводах и сразу же переправлялись на фронт. В итоге, в течении первой недели боев Мерецков, продвинувшись всего на 10 километров, потерял на перешейке 80 танков. Всего в это время на Карельском перешейке 13 тысячам финских солдат генерала Эстермана, укрывшимся за линией укреплений, противостояли 7 советских пехотных дивизий и около тысячи танков.
Но пока дивизии РККА вели бои не с кадровой финской армией, а с группами прикрытия, состоявшими из частей щюцкора (местная самооборона), пограничниками, несколькими отрядами кавалерии и отборными егерскими батальонами, которые были укомплектованы снайперами различного пола и возраста. Через 10 дней, закончив развертывание своей армии, Мерецков атаковал главные силы Эстермана в секторе Сумма. 70 танков прорвались вглубь финских укреплений, но были отсечены от пехоты и с наступлением ночи уничтожены. В следующие дни картина повторялась – советская техника прорывалась через противотанковые укрепления, но из-за отсутствия взаимодействия с пехотой, погибала от финских гранат и снарядов. Когда 22 декабря советское наступление полностью выдохлось, в полосе финских укреплений стояло 239 сгоревших танков.
Еще 11 декабря генерал Эстерман предложил Маннергейму удалить по Мерецкову разгромить его в предполье. Однако, Маннергейм откладывал начало контрнаступления до стабилизации фронта на Выборгском направлении. Перед Рождеством выпал глубокий снег, и финны смогли активно использовать свои лыжные части. Благодаря своей мобильности и хорошему владению стрелковым оружием, небольшие отряды финских лыжников в белых маскхалатах тенями носились по лесу, используя только им известные проходы в минных полях, нанося большой ущерб советским коммуникациям. Используя сложные погодные условия – глубокие сугробы и страшный мороз – парализовавшие вмерзшие в снег части РККА, финская армия перешла в контрнаступление. 23 декабря по русским позициям на Карельском перешейке ударили 2-й и 3-й корпуса, а 6 января 8-й советскую армию атаковал 4-й корпус. Эстерман, успокоенный предыдущими победами, совсем не уделял внимание разведке. Он считал части Мерецкова полностью разгромленными, что было далеко не так.
После первых впечатляющих успехов, финские войска наткнулись на скопления русских танков и были остановлены. Они натолкнулись на подтянутые 26 декабря в перешеек свежую 13-ю советскую армию, присутствие которой на фронте явилось для финского командования полной неожиданностью. Этой армией командовал бывший царский полковник, а теперь красный генерал-полковник и профессора артиллерии Грендаль, который, как и Маннергейм, был выходцем из шведского дворянского рода и родился в Финляндии. Для подобной операции Эстреман имел явно достаточное количество артиллерии. Кроме того, сказывалась и плохо организованная радиосвязь, мешавшая своевременно координировать действия различных подразделений.
1 февраля 1940 года две советские армии атаковали позиции 2-го финского корпуса Эстермана. С раннего утра на финнов обрушился град снарядов и бомб, по их позициям наносили удар одновременно 500 советских самолетов. Затем, во второй половине дня, на «линию Маннергейма» двинулась пехота под прикрытием танков и дымовой завесы. Битва продолжалась беспрерывно в течении 30 часов, после чего части 7-й и 13-й армии отступили.
Новое наступление началось только 10 числа. Теперь советская пехота двигалась за танками в бронированных санях, либо прямо на броне. Красная Армия впервые применила танки-огнеметы. Массированный артиллерийский огонь, перепахивавший позиции 2-го финского корпуса, координировался с многочисленных аэростатов и передвижных КП танкистов. Советские танки вели огонь по амбразурам ДОТов, разрушая их и выгоняя финских солдат в траншеи. Отсутствие резервов заставило финское командование начать отход на вторую линию обороны. 11 февраля 123-я стрелковая дивизий смяла финский арьергард и прорвала первый рубеж «линии Маннергейма». Далее в течении шести дней Эстерман контратаковал место прорыва, чтобы дать своим войскам возможность отойти на второй рубеж. В итоге, 17 февраля 1940 года финны полностью развернулись на новой линии обороны. Провал контрнаступления и последовавший за ним удар Красной Армии стоил генералу Эстерману карьеры, 19 февраля его место занял генерал Хейнрикс.
Командующий фронтом Тимошенко решил, что сопротивление противника подавлено, и снова начал в лоб штурмовать финские укрепления. Пехота и танки опять действовали не координировано, что мгновенно увеличило потери РККА. Тем временем и так немногочисленные силы финнов, несмотря на иностранную помощь, стремительно таяли. 27 февраля 1940 году Хейнрикс отдал проказ отойти на третий рубеж обороны, расположенный вокруг Выборга. И здесь в московском генштабе вспомнили уроки 1809 года, когда русской армии удалось захватить Финляндию благодаря дерзкому рейду генерала Багратиона, который провел свои войска по льду Финского залива и ударил в тыл шведо-финской армии.
После того, как 1 марта 1940 года части 7-й армии, прорвав третью линию обороны, вышли на подступы к Выборгу, Тимошенко и Мерецков решил повторить десант Багратиона. 6 марта советские части по льду обошли Выборг и подошли к полотну железной дороги, соединявшей город с Хельсинки. Но, Хейнрикс вовремя ввел в бой резервы и десант был отброшен. На следующий день части Красной Армии попытались обойти Выборг с северо-запада, однако финны успели открыть шлюзы, и весь ключевой сектор обороны Тали был затоплен. Территория вокруг города мгновенно превратилось озеро ледяной воды, над которой островками возвышались финские ДОТы. Несмотря на большие потери, пробиться к городу 7-й армия не могла