במרכז, דיוויזיה 163 נעה על כביש סודי בגבול הסובייטי־פיני, אשר נבנה במהלך החודשים שקדמו למלחמה. הדיוויזיה התקדמה תחילה במהירות, והצליחה להשיג הפתעה טקטית ולכבוש את סואומוסאלמי בימים הראשונים של דצמבר, עם התנגדות מועטה, לאחר שהכוחות הפינים שרפו את הכפר והשאירו אדמה חרוכה. בעקבות כיבוש סואומוסאלמי, הטיל מנרהיים צוות קרב חטיבתי מהעתודה של צבא פינלנד לכיוון סואומוסאלמי, במטרה להשתלט עליו מחדש. צוות הקרב הפיני, שמנה כ־4,000 חיילים, לא היה מצויד כהלכה, וחסר נשקי נ"ט ונ"מ, ולא נשא אף כלי ארטילרי. ב־11 בדצמבר, הצליח כוח פיני מהחטיבה לנתק את כביש סואומוסאלמי־ראאטה, הנמצא דרומית לכפר סואומוסאלמי, ובכך ניתק למעשה את דיוויזיה 163 הסובייטית. כתוצאה מכך, נשלחה הדיוויזיה הממונעת ה־44 הסובייטית מעתודת הארמייה, מאזור היערכות בגבול ברית המועצות־פינלנד, לעבר הכפר ראאטה כדי לחלץ את דיוויזיה 163. דיוויזיה 44, על 17,000 אנשיה, נחשבה ליחידת עילית, והייתה מצוידת בקני ארטילריה רבים ובבריגדת טנקים שכללה 43 טנקים מדגם T-28. עם זאת, תנועתה של הדיוויזיה זוהתה בידי מטוסי סיור פיניים, ומטה החטיבה הפיני הצליח להיערך בהתאם, על אף נחיתותו המספרית הגדולה.
בשבוע השני של דצמבר, החלו כוחות פיניים לתקוף את דיוויזיה 163 בסואומוסאלמי, וכעבור מספר ימים הצליחו להשתלט מחדש על הכפר, בעוד שארית הכוח הסובייטי נהדף לכיוון צפון מערב. ב־20 בדצמבר ריכזו הפינים בגזרה כוחות נוספים מעתודת המטכ"ל שלהם, ועתה עמדה לרשותם דיוויזיה שלמה, הדיוויזיה ה־9. באותו יום יירטו הפינים תשדורת אלחוטית לא מוצפנת שנשלחה ממטה הארמייה התשיעית לדיוויזיה 44, ואי לכך ידעו בדיוק את מטרותיה. דיוויזיה 44 הגיעה למרחק מספר קילומטרים מסואומוסאלמי, אך נבלמה במקום בידי מחסומי דרכים מאוישים בדלילות והתקפות גרילה פיניות, ולא עשתה מאמץ לחבור לדיוויזיה 163. ב־24 בדצמבר, ניסו אנשיה של דיוויזיה 163, שסבלו ממחסור חמור באוכל וביגוד חורפי, לפרוץ מזרחה מטבעת הכיתור הפינית. כעבור מספר ימים של לחימה, הדיוויזיה נשברה למעשה ומרבית אנשיה שנותרו נמלטו על פני אגם קיאנטיירווי הקפוא. בו בעת שיגרו הפינים שני מפציצים בינוניים מדגם בריסטול בלנהיים לרסק את הקרח, ואנשים, טנקים וכלי רכב טבעו באגם הקפוא. לפי הערכות הפינים, איבדה דיוויזיה 163 מעל 5,000 הרוגים, ועוד 500 שבויים.
לאחר השמדתה של דיוויזיה 163, פנתה דיוויזיה 9 הפינית לתקוף את דיוויזיה 44, שכוחותיה נמתחו בטור על פני 30 קילומטרים, ממזרח סואומוסאלמי עד ראאטה על פני הציר הראשי. בליל ה־1-2 בינואר 1940, כח פיני בן 1,000 חיילים מהגדוד ה־1 התקדם כמה מאות מטרים דרומית מכביש ראאטה, בעורפה של דיוויזיה 44, הקים מחסום על הציר וניתק אותה. במהלך הימים הבאים, עשו הפינים שימוש בטקטיקת ה'מוטי', וביתקו את הדיוויזיה למספר חלקים; אז תקפו כוחות פינים ניידים את היחידות המכותרות, עד להשמדתן. ב־6 בינואר אישרה הסטאבקה לדיוויזיה לסגת, אולם עד אז היא ספגה אלפי אבדות, והושמדה למעשה. לידי הפינים נפל שלל רב שהסתכם ב־42 טנקים, 70 תותחי שדה, 30 תותחי נ"ט, 270 משאיות, 300 מקלעים, ומעל ל־1,100 סוסים.
הגזרה הצפונית.
בצפונה של פינלנד, תקפה הארמייה ה־14 הסובייטית, שכללה את הדיוויזיות 104 ו־52, ודיוויזיה נוספת בעתודה, את נמל פטסמו. הכוחות הפינים בגזרה סבלו מנחיתות עצומה בחיילים, והורכבו משני צוותי קרב פלוגתיים בסך הכל. הסובייטים ביצעו מתקפה משולבת, כאשר דיוויזיה 104 תקפה ממזרח לפסטמו, בעוד דיוויזיה 52 הונחתה בנמל ובסביבתו באמצעות ספינות. צוותי הקרב הפלוגתיים פינים נסוגו דרומה כמעט ללא התנגדות, לאחר שפוצצו את תחנת הכוח בעיר וחיבלו בחלק ממחסני הנמל. לאחר כיבוש פטסמו, המשיכה הארמייה במתקפתה דרומה לעבר רוויניאמי, במרחק 520 ק"מ, במטרה לחבור לארמייה 9 שם. אולם, לאחר התקדמות של 100 קילומטרים לתוך לפלנד, נבלמה הארמייה ה־14 למשך יתרת המלחמה, בלא שהשיגה הישג משמעותי, ולא הצליחה לחבור לארמייה 9. הגורמים לכך היו בראש ובראשונה מזג האוויר הקשה, והעובדה שהאזור היה שרוי בעלטה מוחלטת 22 שעות ביממה. מעבר לכך, התנועה התאפשרה על הציר הראשי בלבד, שחייב הגנה מתמדת מפני תקיפות גרילה שערכו הכוחות הפינים.
הצבא האדום נערך מחדש.
בשלהי דצמבר 1939 התברר לפיקוד העליון הסובייטי כי המלחמה רחוקה מסיום. ההתקדמות בכל גזרות החזית נבלמה, לאחר שנגרמו לצבא האדום אבדות כבדות. ב־28 בדצמבר הורתה מועצת ההגנה העליונה על הפסקת כל הפעולות ההתקפיות, וכי על המפקדים להיערך בקווי הגנה, ולהבטיח את טורי האספקה שלהם. בדו"ח של המטכ"ל הסובייטי שהובא בפני המועצה העליונה נאמר כי תוכנית ה'החזית הרחבה' כשלה, הרבה בגלל בעיות בפיקוד ושליטה, וחוסר תיאום במבצעים משולבים. אי לכך הוחלט לאמץ את תוכניתו המקורית של שפושניקוב, לרכז כח ניכר בעל עליונות מכרעת לתקיפה בחזית צרה במצר הקרלי.
לוחמה ימית.
הצי הסובייטי בים הבלטי היה כח חזק על הנייר, וכלל שתי אוניות מערכה, סיירת כבדה, כ־20 משחתות, 50 צוללות ועוד כ־50 ספינות טורפדו וספינות אחרות. במציאות, הצי הבלטי לא היה מאומן וחסר תשתית לוגיסטית לביצוע פעילות התקפית, ומרבית מהצוללות והספינות הקטנות כלל לא היו מאוישות. חיל הים הפיני כלל שתי סיירות, 5 צוללות מיושנות, ועוד כמה עשרות ספינות קטנות. שתי הסיירות שלו עגנו בנמל טורקו לכל אורכה של המלחמה, ושימשו להגנה נייחת באזור. שאר כלי השיט הגנו על איי אלאנד וכף הנקו מפני פלישה סובייטית. לרשות הכוחות הפינים עמדו גם תותחי חוף ימיים שהגנו על נמלים ובסיסים ימיים, מרביתם כאלה שנותרו מימי השליטה הרוסית בקטרים 23 ו־15.2 ס"מ, אך לצידם גם תותחים מודרניים בקוטר 30.5 ס"מ. לתותחים אלה התבררה השפעה גדולה יותר על הלחימה הקרקעית במצר הקרלי ובלדוגה.
מיד עם תחילת המלחמה הכריזה ברית המועצות על הסגר ימי של פינלנד, אותו אכפה באמצעות מטוסי קרב ימיים וצוללות. כתוצאה מהתנאים הקשים בים הבלטי, אשר מתחיל לקפוא החל מדצמבר, לא נערכה כמעט פעילות ימית במלחמה. תנועת ספינות הייתה כמעט בלתי אפשרית ללא עזרתן של שוברות קרח. הלחימה המשמעותיות הראשונה בים התרחשה ב־1 בדצמבר, כאשר הסיירת הסובייטית הכבדה 'קירוב' בסיוע שתי משחתות ניצלו מזג אוויר טוב וראות מצוינת והתקרבו לרוסארו, דרומית מכף הנקו. סוללת ארטילרית חופים פתחה עליהן באש מטווח של 24 קילומטרים, פגעה בשתיים מתוכן, ואילצה אותן לסגת במחיר של 17 הרוגים ומעל ל־30 פצועים. הצי הסובייטי ידע אמנם על מיקומן של סוללות החופים, אך ניסיונות להפגיזן עלו בתוהו, בגלל הטווח הארוך של הארטילריה הפינית, שמנע מספינות הקרב הסובייטיות להתקרב מספיק.
במהלך המלחמה הטביעו צוללות סובייטיות חמש ספינות סוחר (אחת פינית, אחת אסטונית, שתי גרמניות ושוודית); ארבע אוניות משא פיניות טובעו בידי מטוסי קרב, וספינת ליווי פינית אבדה (האבדה היחידה של הצי הפיני). הסובייטים איבדו רק את הצוללת S-2, שנכנסה לשדה מוקשים גרמני. לאחר שהקרח מנע גם פעילות של צוללות בים הבלטי, אכפו הסובייטים את הסגר הימי באמצעות מטוסי קרב, שהטילו מוקשים מהאוויר.
תמיכה חיצונית.
דעת הקהל העולמית הייתה לצידה של פינלנד. פרט לכיבוש פולין, מלחמת העולם טרם פרצה במלוא עוזה, וכך ריכזה דווקא מלחמת החורף את מרב תשומת הלב העולמית. התוקפנות הסובייטית נתפסה כבלתי צודקת. ארגונים זרים שונים שלחו סיוע חומרי בדמות מוצרים רפואיים. מהגרים פיניים בארצות הברית ובקנדה שבו כדי להתגייס לצבא הפיני. מתנדבים רבים נסעו לפינלנד כדי להילחם למענה, בהם 1,010 דנים, ו־695 נורווגים. כתבים זרים בהלסינקי כתבו, ואף הגזימו, על אודות הצלחות מזהירות של הצבא הפיני בקרב.
שוודיה, שכנתה של פינלנד ממערב, אשר הכריזה על עצמה כעל מדינה בלתי תוקפנית במלחמה זו, תרמה למאמץ המלחמתי הפיני בציוד צבאי, תחמושת, הון נזיל, אשראי, סיוע הומניטרי וכן 8,700 מתנדבים שוודים שהביעו נכונות למות למען פינלנד. קורפוס המתנדבים השוודי, אשר הציב כוח בן 8,402 חיילים בשטח פינלנד, הוזעק כתגבורת, ולקראת אמצע פברואר 1940 סייע משמעותית לחמישה גדודים פיניים שלחמו במרקייארבי (Märkäjärvi). כוח התנדבותי משמעותי נוסף היה חיל האוויר השוודי המתנדב, אשר כלל 12 מטוסי קרב, 5 מפציצים ו־8 מטוסים אחרים - כשליש מחיל האוויר השוודי המלכותי. טייסים מתנדבים ומכונאים התגייסו לסייע. הטייס המפורסם קרל גוסטב פון רוזן, שהיה מקורב להרמן גרינג, התנדב באופן עצמאי. היה אף כוח פועלים מתנדב שמנה כ־900 פועלים.
כוח המתנדבים השוודי נותר במחלוקת בין השוודים לפינים. הפינים הניחו כי היחסים ההדוקים שקיימו עם שוודיה לפני פרוץ המלחמה הצדיקו מתן סיוע גדול יותר ומשלוח כוחות עזר רבים יותר לפינלנד. לטענת הפינים, סיוע כזה יכול היה לשנות את תוצאות המלחמה ואף להרתיע את הסובייטים מבעוד מועד, אך סביר להניח שהכוח השוודי, גם לו היה מקיף את כל הצבא, היה קטן מכדי להרתיע את סטלין.
חודשים ספורים לאחר תחילת המלחמה שקלו המנהיגים הסובייטים לנטוש את המבצע, שהלך והסתבך מבחינתם. הסכם שלום ראשוני הוצע לממשלת פינלנד כבר בסוף ינואר (בתיווך שוודי). עד אז לחמה פינלנד על עצם קיומה. משלמדו צרפת ובריטניה על איתותי השלום של הסובייטים ועל כוונתם להפסיק את מעשי האיבה, פחתה נכונותן לסייע לפינלנד. משלב זה לחמה האחרונה "רק" כדי לשמור על שטח רב ככל האפשר באזורים הגובלים בלנינגרד. הגם ששאלת העצמאות הפינית שוב לא ניצבה על הפרק, בעיני הציבור נותרה מלחמתה של פינלנד בבחינת מאבק על חייה.