I 1939 brød Vinterkrigen ud, og Govorov blev udpeget til chef for artilleriet i 7. Arme. På denne post styrede han det massive artilleriangreb, som muliggjorde det sovjetiske genmnembrud af Mannerheimlinjen i 1940. Det fik han Den røde Stjernes orden for samt rang af divisionskommandør. Han blev derefter udpeget til vicegeneralinspektør af artilleriet i Den Røde Hær.