Následujícího roku byl převelen k Moskvě a stal se velitelem 3. střeleckého sboru, se kterou byl téhož roku přemístěn do Běloruska, aby se zúčastnil okupace východního Polska. V březnu 1940 se Batov i jeho 3. střelecký sbor účastnili druhé úspěšnější fáze Zimní války proti Finsku, za což si vysloužil generálskou hodnost. Poté krátce sloužil jako zástupce velitele Zakavkazské vojenské oblasti v Tbilisi.