לרשותו של פיקוד לנינגרד בראשותו של מרצקוב עמדו 24 דיוויזיות, כ־450,000 חיילים, מעל ל־2,000 טנקים ו־1,000 מטוסי קרב והפצצה, כרבע מכלל סדר הכוחות של הצבא האדום ב־1939. בסך הכל, נהנו הסובייטים מיתרון גדול על פינלנד של 3 ל־1 בכח אדם, 80 ל־1 בטנקים, 5 ל־1 בארטילריה ו־5.5 ל־1 במטוסים. עוצבות השריון של הצבא האדום הושתתו בעיקר על טנקים קלים מדגמי BT, T-26 ו־T-37, וכמו כן טנקים בינוניים מדגם T-28.
הפיקוד הצבאי המשיך לדגול בתורת הלחימה של מתקפה לעומק, גם לאחר הוצאתו להורג של הוגה תורה זו, מיכאיל טוכאצ'בסקי ב־1937. הלקחים שנרכשו ממלחמת האזרחים בספרד ומהקרבות נגד צבא יפן בחלקין גול ואגם חסן באו לידי ביטוי בעדכון תורת הלחימה בסתיו 1939 שכלל את הצורך לשפר את ריכוזי האש בהתקפה, להכין דרגי עתודה ולבצע חילופים תכופים יותר בין הכוחות בחזית לבין העתודות.
היערכותו של הצבא האדום ב־30 בנובמבר:
פינלנד.
החל משנות העשרים של המאה העשרים, החלו הפינים בבניית מערך ביצורים לרוחב 100 הקילומטרים של המצר הקרלי, שנועד לעצור מתקפה מצד ברית המועצות. מרחב ההגנה הזה, שזכה לכינוי "קו מנרהיים", נבנה לעומק של כ־50 קילומטרים על פי שיטת "ההגנה לעומק" שפיתחו הגרמנים במלחמת העולם הראשונה, כשאגפיו מוגנים על ידי ימות, ותוך ניצול והתחשבות בתנאי קרקע. בחזית הקו הוקמה רצועת אבטחה שכללה מכשולים רבים וכוחות מחפים בעומק 15–25 ק"מ. מאחוריה השתרעה רצועת ההגנה העיקרית בעומק של 10–15 ק"מ שהייתה תשלובת של מתחמים מבוצרים מבטון על פני הקרקע והן מתחתיה, וביניהם שטחי השמדה שכללו מוצבים שהיו מקושרים ביניהם בתעלות קשר. ברצועה הזאת היו עמדות של תותחי נ"ט, מקלעים וארטילריה, מוקשים ומכשולים אחרים. אחרי הרצועה העיקרית נבנו עוד שתי רצועות הגנה פחות חזקות, אולם גם הן היו בנויות באותה שיטה.
כוחותיה של פינלנד היו מתורגלים ומאומנים היטב לנצל באופן מיטבי את תנאי הקרקע של מדינתם, התמחו בלחימה מטווח קרוב, בצליפה, בטקטיקת גרילה ובהפעלת כוחות קטנים וניידים שנעו על מגלשי סקי. החיילים הפינים נהנו ממורל ומוטיבציה גבוהים, ועודדו לקיחת יוזמה בשדה הקרב. אחת הטקטיקות הידועות שבהן נקטו הכוחות הפינים נודעה בכינוי "מוטי" (Motti). הפינים היו מבתרים טורים של הצבא האדום, מנתקים את קווי האספקה שלהם, ומטרידים אותם באמצעות צוותים קטנים וניידים, עד לחיסולן של היחידות המנותקות.
סדר הכוחות של צבא פינלנד.
אוכלוסייתה של פינלנד מנתה ב־1939 3.65 מיליון נפש. בעת שפרצה המלחמה, עמדו לרשות צבא פינלנד 9 דיוויזיות (כולן חיל־רגלים) ועוד כמה עשרות יחידות עצמאיות - כל יחידה בהיקף של פלוגה עד גדוד - שאורגנו בצוותי קרב. בסך הכל עמדו לרשות צבא פינלנד 127,800 חיילים סדירים, כ־100,000 חיילי מילואים ועוד כ־112 אלף חיילי "משמר המולדת".
היערכותו של צבא פינלנד ב־30 בנובמבר 1939:
ציוד וחימוש.
הצבא הפיני היה דל באמצעים ובתקציב (בייחוד אל מול ברית המועצות), בעיקר לנוכח הקיצוץ בתקציב הביטחון בשנות השלושים. הוא היה מבוסס כמעט כולו על חיילי רגלים, ומרבית הציוד שלו היה מיושן. חיל השריון הפיני כלל כמה עשרות טנקים מיושנים שיעילותם בקרב הייתה זניחה: כ־32 טנקים קלים מדגם רנו FT מתקופת מלחמת העולם הראשונה, ועוד 27 טנקי ויקרס 6 טון קלים שפינלנד רכשה מבריטניה, ללא כל חימוש עליהם. גם מלאי כלי הנשק כנגד טנקים שעמדו לרשות הפינים בתחילת המלחמה היה קטן ביותר, וכלל רק 50 תותחים נ"ט שוודים מדגם בופורס בקוטר 37 מ"מ, שהונפקו לחיילים מספר שבועות לפני תחילת המלחמה; כדי להתגבר על המחסור בנשקי נ"ט קונבנציונליים, פנו הפינים לאמצעים מאולתרים וזולים, דוגמת בקבוק מולוטוב ממנו ייצרו הפינים חצי מיליון יחידות עד סיומה של מלחמת החורף.
לרשות הצבא הפיני עמדו רק 600 קני ארטילריה מסוגים שונים, רובם כלים מיושנים שנלקחו שלל במלחמת העצמאות, הנפוץ ביניהם היה התותח דגם 1902 הרוסי בקוטר 76 מ"מ. חמור מכך, מלאי התחמושת בת 270,000 הפגזים הייתה אמורה להספיק לשבוע לחימה בלבד. עם זאת, האימונים וטקטיקת התותחנות הפינית היו עדיפים על אלה בצד הסובייטי. ציוד הקשר היה במצב רע. חיל האוויר מנה קרוב ל־120 מטוסים, מתוכם 46 מטוסי קרב, 15 מפציצים ועוד כ־60 מטוסים קלים ומטוסי סיור, אולם מעט מהם היו מודרניים.
ביזורה הגדול של תשתית מפעלי הנשק של פינלנד התברר כיתרון מכריע במלחמה. ברית המועצות סימנה את התשתית הזאת כמטרה עיקרית להפצצות אבל מכיוון שהיא לא הייתה מרוכזת במפעלים גדולים אלא מפוזרת בין המוני סדנאות קטנות - אחרי לא פחות מ-2,075 גיחות של חיל האוויר הסובייטי, רק 5% מהתשתית של המדינה חוסלה.
תנאי קרקע ואקלים.
פינלנד השתרעה על שטח של כ־410 אלף קילומטר רבוע, מרבית שטחה מישורי, מיוער ובלתי מיושב וכולל 187,888 אגמים ו־179,584 איים. גבולה עם ברית המועצות נמתח לאורך כ־1,200 ק"מ, ממצר קרליה בדרום, הנמצא בין מפרץ פינלנד לאגם לדוגה, עד לאוקיינוס הארקטי בצפון. בהתאם לתנאי השטח, המטכ"ל הפיני העריך שעיקר האיום של הצבא האדום יגיע מדרום, במצר קרליה, ומצפון לאגם לדוגה, בעוד שבכל החלק הצפוני של פינלנד לא יבוצעו פעילויות לחימה משמעותיות בשל תנאי שטח קשים; אזור זה אופיין בהיעדר דרכים וצירים, רובו מכוסה יערות, והוא אינו מתאים לכוחות ממוכנים ומשוריינים.
קווי הרוחב מהווים את ההשפעה המרכזית על אקלימה של פינלנד. בגלל מיקומה הצפוני, החורף הוא העונה הארוכה ביותר. בממוצע, החורף נמשך מתחילת דצמבר עד אמצע מרץ באזור דרום־מערב ובארכיפלג, ומתחילת אוקטובר עד תחילת מאי באזור לפלנד הצפוני. משמעות הדבר היא שהאזורים הדרומיים יותר של המדינה מכוסים בשלג במשך כ־4 חודשים מהשנה, והאזורים הצפוניים - כ־7 חודשים מהשנה. הטמפרטורות במהלך המלחמה ירדו עד 30 מעלות מתחת לאפס, ואף 50 מעלות באזור לפלנד. רבים מחיילי הצבא האדום נשלחו למערכה ללא ביגוד חורפי מספק, והכוחות הסובייטים בלפלנד הקפואה סבלו קשות מהקור העז. לטמפרטורות הנמוכות היו השלכות נוספות: הרובה התקני של הצבא האדום, מוסין נגאן בקוטר 7.62 מ"מ, יצא מכלל פעולה כשהטמפרטורות ירדו מתחת ל־15 מעלות מתחת לאפס, משום ששמן הסיכה שלו קפא, והמנועים של כלי הרכב המשוריינים היו חייבים לפעול בלי הפוגה, אחרת היו קופאים ויוצאים מכלל שימוש.
המלחמה.
תחילת המתקפה הסובייטית.
ב־30 בנובמבר בשעה 06:50, פתחו כוחות הצבא האדום במהלומה ארטילרית ואווירית על מטרות בפינלנד, ללא הכרזת מלחמה רשמית. כמה מאות אזרחים נפגעו כתוצאה מההפגזה האווירית, בעיקר בהלסינקי הבירה. כעבור 70 דקות, בשעה 08:00, הסתיימה ההפגזה, וארבע הארמיות הסובייטיות החלו את מתקפתן בצירי הדרכים העיקריות לאורך הגבול עם פינלנד, מהים הבלטי ועד לאוקיינוס הקרח הצפוני. המאמץ העיקרי של הכוחות הסובייטים היה במצר הקרלי, בקו מנרהיים. על אף נחיתותם המספרית הניכרת, התגלו הכוחות הפיניים כיריב נועז ומיומן, בהשתמשם בטקטיקת גרילה, ביחידות אלפיניסטיות מהירות העוטות מדי הסוואה לבנים, ומעל לכל - בידע שרכשו אודות לחימת חורף.
את המלחמה נהוג לחלק לשלושה שלבים עיקריים: השלב הראשון (30 בנובמבר עד 22 בדצמבר 1939) החל עם מתקפה כוללת של הצבא האדום לאורך כל הגבול, שנבלמה בידי הצבא הפיני. השלב השני (23 בדצמבר עד 10 בפברואר 1940) כלל לחימה סטטית ברוב הגזרות, אותה ניצלו הצדדים לארגון ולהיערכות מחדש. השלב השלישי (11 בפברואר עד 13 במרץ 1940) - חידוש המתקפה של הצבא האדום במצר הקרלי, והבקעת קו מנרהיים.
הפינים סבלו מקשיים לוגיסטיים חמורים. בראשית המלחמה, רק החיילים שעברו טירונות ואימונים סדירים קיבלו מדים ונשק. שאר המגויסים נאלצו לתפור את מדיהם ואף להשיג נשק משלהם. הפינים נקטו במספר דרכים על מנת להתמודד עם המצב, כשהחשובה בהן הייתה תפיסת ציוד, כלי נשק ותחמושת מהאויב. למזלם, הצבא הפיני לא שינה את קוטר הנשק לאחר ההכרזה על עצמאות פינלנד, וכך היה יכול להשתמש בתחמושת הסובייטית.
הרפובליקה הדמוקרטית של פינלנד.
ב־1 בדצמבר 1939 הקימו הסובייטים בכפר טריוקי, שנכבש זה עתה, את ה"רפובליקה הדמוקרטית של פינלנד", ממשלת בובות בראשות הקומוניסט הפיני אוטו קוסינן (Otto Wille Kuusinen), ראש המפלגה הקומוניסטית של פינלנד שערק למוסקבה לאחר תבוסת הקומוניסטים ב־1918. בצעד זה ביקשו הסובייטים להמחיש את אי־הכרתם בממשלתה הנבחרת של פינלנד, ולעודד את עריקתם של הסוציאליסטים הפינים משורות הצבא. קוסינן קרא לפינים להתקומם נגד ממשלתם, ולהתגייס ל"צבא הפיני העממי" ולסייע לצבא האדום בשחרור פינלנד. בסיכומו של דבר, ממשלת הבובות נחלה כישלון - האזרחים המשיכו לתמוך בממשלתם החוקית, ומספר זניח במיוחד הצטרף לצבא העממי - ושטחה סופח בסופו של דבר לגבולות ברית המועצות בתור מחוז קרליה.
המתקפה על המצר הקרלי.
בשעות הבוקר של ה־30 בנובמבר 1939, פתחו קורפוסי הרובאים ה־50 וה־19 מהארמייה ה־7 הסובייטית בהתקפה לרוחב כל המצר הקרלי, בחזית שהשתרעה לאורך כ־70 קילומטרים, כשיעדם הסופי היה הבקעת קו מנרהיים, וחדירה לפנים הארץ. הכוח הסובייטי התוקף כלל 8 דיוויזיות רובאים, אחת נוספת בעתודת הארמייה, ושלוש בריגדות טנקים, בכח כולל של 120,00 חיילים, 1,000 טנקים, ו־600 קני ארטילריה. מולם נערכה ארמיית המצר הקרלי הפינית, שהורכבה מהקורפוסים ה־2 וה־3 (5 דיוויזיות רגלים). המגינים הפינים בגזרה זו סבלו מנחיתות מספרית גדולה, הן בכח אדם והן בציוד, אך הם הסתמכו על רצועת ההגנה של קו מנרהיים.