Talvisodassa (30. marraskuuta 1939 – 6. maaliskuuta 1940) Häyhä määrättiin tarkka-ampujaksi, ja hän palveli tehtävässä aivan sodan loppuvaiheessa tapahtuneeseen vakavaan haavoittumiseensa asti. Häyhä palveli muun muassa Kollaan rintamalla Jalkaväkirykmentti 34:n Aarne ”Marokon Kauhu” Juutilaisen 6. komppaniassa.