6 листопада 1939 року був отриманий наказ перебазуватися в Карелію (Ленінградський військовий округ), де 18 листопада 1939 року з ешелонів була розвантажена на станції Волховстрой. Тут з'єднання у складі 8-ї армії брало участь в Радянсько-фінській війні, діючи на толваярвинському напрямку (на правому фланзі армії). Наступ 139-ї стрілецької дивізії був невдалим — у битві проти фінської групи генерала Талвела в районі Толваярви з 8 по 12 грудня дивізія зазнала поразки і була змушена відступити на схід більш ніж на 50 км в район озер Вегарус'ярви і Салон'ярви, після чого фронт на цьому напрямку стабілізувався до кінця війни.